INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE BIOTECNOLOGÍA Junio de 2010 DISEÑO DE PLANTAS DISEÑO DE UNA PLANTA FARMOQUÍMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE ALBÚMINA SÉRICA HUMANA RECOMBINANTE (RHSA) PROFESORES M. en C. Carlos Orozco A. Ing. Saúl Hernández I. AUTORES Cerón M., Adrián Legaria G., I. Monserrat Frasco G., Iván Nakauma G., J. Alberto González G., R. Axayacatl Pascual G., Wilfrido Guzmán G., Michel S. Tapia H., V. Antonio Hernández C., Okairi R. Velasco A., Rafael E.
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DisenoPlanta Farmoquimica Produccion de Albumina Serica Humana Recombinante rHSA en Pichia Pastoris
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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE BIOTECNOLOGÍA
Junio de 2010
DISEÑO DE
PLANTAS DISEÑO DE UNA PLANTA FARMOQUÍMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE ALBÚMINA SÉRICA HUMANA RECOMBINANTE (RHSA)
PROFESORES M. en C. Carlos Orozco A. Ing. Saúl Hernández I.
AUTORES Cerón M., Adrián Legaria G., I. Monserrat Frasco G., Iván Nakauma G., J. Alberto González G., R. Axayacatl Pascual G., Wilfrido Guzmán G., Michel S. Tapia H., V. Antonio Hernández C., Okairi R. Velasco A., Rafael E.
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | II
ÍNDICE GENERAL
1 INTRODUCCIÓN GENERAL .................................................................................................. 1
1.1 OBTENCIÓN DE ALBÚMINA SERICA HUMANA................................................................................. 2
4.1.9 ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL.......................................................................................... 17 4.1.9.1 DATOS DEL PROYECTO ........................................................................................................................... 17
4.1.9.1.1 NIVELES .............................................................................................................................................. 17 4.1.9.1.1.1 NIVEL I. DATOS GENERALES DEL PROYECTO, ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL .............. 17
4.1.9.1.1.1.1 PROYECTO ......................................................................................................................... 17 4.1.9.1.1.1.1.1 Nombre del proyecto. ............................................................................................... 17 4.1.9.1.1.1.1.2 Estudio de riesgo y su modalidad ............................................................................ 17
4.1.9.1.1.2 NIVEL II. ESTUDIO DE RIESGO AMBIENTAL. ............................................................................ 17 4.1.9.1.1.2.1 Ubicación del proyecto ..................................................................................................... 17 4.1.9.1.1.2.2 Tiempo de vida útil del proyecto ..................................................................................... 17 4.1.9.1.1.2.3 En caso de que el proyecto que se somete a evaluación se vaya a construir en varias
etapas, justificar esta situación y señalar con precisión .......................................................................... 18 4.1.9.1.2 PROMOVENTE ................................................................................................................................... 18
4.1.9.1.2.1 Nombre o razón social .............................................................................................................. 18
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DISEÑO DE PLANTAS | III
4.1.9.1.2.2 Registro Federal de Contribuyentes del promovente ............................................................ 18 4.1.9.1.2.3 Nombre y cargo del representante legal ................................................................................. 18 4.1.9.1.2.4 Dirección del promovente o de su representante legal para recibir notificaciones ............ 18
4.1.9.1.3 RESPONSABLE DE LA ELABORACIÓN DEL ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL ............................ 19 4.1.9.1.3.1 Nombre o Razón Social ............................................................................................................. 19 4.1.9.1.3.2 Registro Federal de Contribuyentes o CURP ........................................................................... 19 4.1.9.1.3.3 Nombre del responsable técnico del estudio. Registro Federal de Contribuyentes o CURP.
Número de Cédula Profesional ....................................................................................................................... 19 4.1.9.1.3.4 Dirección del responsable técnico del estudio. ...................................................................... 19
4.1.9.2 DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO ................................................................................................................ 20 4.1.9.2.1 INFORMACIÓN GENERAL DEL PROYECTO ....................................................................................... 20
4.1.9.2.1.1 Naturaleza del proyecto ........................................................................................................... 20 4.1.9.2.1.2 Selección del sitio ...................................................................................................................... 20 4.1.9.2.1.3 Ubicación física del proyecto y planos de localización........................................................... 20
4.1.9.2.1.4 Inversión requerida ................................................................................................................... 22 4.1.9.2.1.5 Dimensiones del proyecto ........................................................................................................ 22 4.1.9.2.1.6 Uso actual de suelo y/o cuerpos de agua en el sitio del proyecto y en sus colindancias .... 23 4.1.9.2.1.7 II.1.7 Urbanización del área y descripción de servicios requeridos ...................................... 23
4.1.9.2.2 CARACTERÍSTICAS PARTICULARES DEL PROYECTO ......................................................................... 24 4.1.9.2.2.1 Descripción de la obra o actividad y sus características ........................................................ 24 4.1.9.2.2.2 Programa general de trabajo ................................................................................................... 24 4.1.9.2.2.3 Preparación del sitio ................................................................................................................. 25 4.1.9.2.2.4 Desviación de cauces ................................................................................................................ 28 4.1.9.2.2.5 Descripción de las obras y actividades provisionales del proyecto ...................................... 29 4.1.9.2.2.6 Etapa de construcción ............................................................................................................... 29 4.1.9.2.2.7 II.2.8 Descripción de las obras asociadas al proyecto ............................................................ 29 4.1.9.2.2.8 Generación, manejo y disposición de residuos sólidos, líquidos y emisiones a la atmósfera
30 4.1.9.2.2.9 Infraestructura para el manejo y la disposición adecuada de los residuos .......................... 31
4.1.9.2.2.9.1 Tratamiento de los residuos generados por la planta. .................................................. 33 4.1.9.2.2.9.1.1 Tratamiento de biomasa .......................................................................................... 33 4.1.9.2.2.9.1.2 Tratamiento de los líquidos obtenidos durante todo el proceso de la
PRODUCCIÓN DE ALBÚMINA SÉRICA HUMANA MEDIANTE Pichia pastoris. .................................... 35 4.1.10 SERVICIOS AUXILIARES ........................................................................................................ 36
4.1.10.1 VAPOR ..................................................................................................................................................... 36 4.1.10.2 CONDENSADO ......................................................................................................................................... 36 4.1.10.3 AGUA DE ENFRIAMIENTO ....................................................................................................................... 36 4.1.10.4 AGUA PARA SERVICIOS Y PARA USOS SANITARIOS (AGUA PARA LIMPIEZA Y MANTENIMIENTO) ..... 36 4.1.10.5 AGUA POTABLE ....................................................................................................................................... 37 4.1.10.6 AGUA CONTRA INCENDIOS .................................................................................................................... 37 4.1.10.7 AGUA PARA CALDERA ............................................................................................................................. 37 4.1.10.8 AGUA PARA PROCESO ............................................................................................................................ 37 4.1.10.9 AIRE DE INSTRUMENTOS ........................................................................................................................ 38 4.1.10.10 AIRE DE PLANTA ................................................................................................................................. 38 4.1.10.11 COMBUSTIBLE .................................................................................................................................... 38
4.1.10.11.1 Gas .................................................................................................................................................. 38 4.1.10.11.2 Líquido (no se requiere) ................................................................................................................ 38
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DISEÑO DE PLANTAS | IV
4.1.10.13 INERTES (NO SE REQUIERE), (H2, N2, Ar, CH4) ................................................................................... 40 4.1.10.14 ALIMENTACIÓN DE EERGÍA ELÉCTRICA............................................................................................. 40 4.1.10.15 ALIMENTACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA DE EMERGENCIA ............................................................. 40 4.1.10.16 TELÉFONOS ........................................................................................................................................ 41 4.1.10.17 DESFOGUE .......................................................................................................................................... 41
4.1.11 SEGURIDAD E HIGIENE ........................................................................................................ 42 4.1.11.1 Requisitos de seguridad en el centro de trabajo................................................................................... 42
4.1.11.1.8 Puentes y plataformas elevadas .................................................................................................... 49 4.1.11.1.8.1 Condiciones de seguridad en el funcionamiento de los sistemas de ventilación artificial
50 4.1.11.1.8.2 Requisitos de seguridad para el tránsito de vehículos......................................................... 50
4.1.11.2 Tipo de Señales ....................................................................................................................................... 51 4.1.11.2.1 Formas Geométricas y Uso ............................................................................................................. 51
4.1.12 CIVILES Y ARQUITECTÓNICOS .............................................................................................. 53
4.2 DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESO .............................................................................................. 53
4.3 DESCRIPCION DETALLADA DEL PROCESO...................................................................................... 55
4.3.1 ÁREA DE ALMACENAMIENTO .................................................................................................. 55
4.3.2 ÁREA DE PRODUCCIÓN ............................................................................................................ 55
4.3.3 ÁREA DE RECUPERACIÓN ......................................................................................................... 57
4.3.4 ÁREA DE PURIFICACIÓN ........................................................................................................... 59
4.4 MEMORIA DEL BALANCE DE MATERIA Y CALOR DEL PROCES0 ...................................................... 61
4.4.1 BALANCE DE MATERIA ............................................................................................................. 61 4.4.1.1 BALACE EN EL TANQUE DE MEDIO F-080 .............................................................................................. 61
4.4.1.1.1 PARA EL LOTE DE 4500 L ................................................................................................................... 61 4.4.1.1.2 PARA EL LOTE DE 2000 L ................................................................................................................... 62
4.4.1.2 BALANCE EN EL TANQUE SEMILLA M-090 ............................................................................................. 63 4.4.1.3 BALANCE EN EL TANQUE DE PRODUCCIÓN M-100 ............................................................................... 64 4.4.1.4 BALANCE EN EL INTERCAMBIADOR H-082 ............................................................................................ 64 4.4.1.5 BALANCE EN EL TANQUE F-110 .............................................................................................................. 64 4.4.1.6 BALANCE EN LAS CENTRÍFUGAS, DENOTADAS EN CONJUNTO COMO D-200 ..................................... 65 4.4.1.7 BALANCE DE MATERIA EN EL TANQUE DE BALANCE F-210 Y MÓDULO DE UF D-212......................... 66 4.4.1.8 BALANCE DE MATERIA COLUMNA DE INTERCAMBIO IÓNICO H-220 .................................................. 66 4.4.1.9 BALANCE DE MATERIA COLUMNA DE INTERCAMBIO IÓNICO H-230 .................................................. 67 4.4.1.10 BALANCE DE MATERIA COLUMNA DE INTERCAMBIO IÓNICO H-240 .................................................. 68
4.4.2 BALANCE DE CALOR ................................................................................................................. 69 4.4.2.1 CÁLCULO DE LOS CICLOS DE ESTRILIZACIÓN ......................................................................................... 69
4.4.2.1.1 PARA EL REACTOR SEMILLA M-090.................................................................................................. 69 4.4.2.1.1.1 FASE DE CALENTAMIENTO........................................................................................................ 69
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DISEÑO DE PLANTAS | V
4.4.2.1.1.2 FASE DE ENFRIAMIENTO ........................................................................................................... 70 4.4.2.1.2 PARA EL REACTOR DE PRODUCCIÓN M-100 ................................................................................... 71
4.4.2.1.2.1 FASE DE CALENTAMIENTO........................................................................................................ 71 4.4.2.1.2.2 FASE DE ENFRIAMIENTO ........................................................................................................... 71
4.4.2.2 CÁLCULOS PARA LOS SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO DURANTE LA FERMENTACIÓN .......................... 72 4.4.2.2.1 CÁLCULO PARA EL SISTEMA DE ENFRIAMIENTO EN EL BIORREACTOR M-100 ............................. 72 4.4.2.2.2 CÁLCULO PARA EL SISTEMA DE ENFRIAMIENTO EN EL BIORREACTOR M-090 ............................. 75
4.4.2.3 INTERCAMBIADORES DE CALOR H-082, H-083 Y H-083 ....................................................................... 78
4.5 MEMORIA DEL CÁLCULO DEL EQUIPO DE PROCESO ...................................................................... 84
4.5.1 DIMENSIONES DE LOS TANQUES Y BIORREACTORES ................................................................ 84 4.5.1.1 MEMORIA DE CÁLCULO DE LAS DIMENSIONES DE LOS BIORREACTORES ........................................... 85 4.5.1.2 MEMORIA DE CÁLCULO DE LAS DIMENSIONES DE LOS TANQUES ....................................................... 88 4.5.1.3 CÁLCULO DE LA POTENCIA MÍNIMA DE AGITACIÓN EN LOS BIORREACTORES ................................... 91
4.5.2 MEMORIA DE CÁLCULO DE LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR ............................................. 98
4.5.3 EMORIA DE CÁLCULO DE CENTRIFUGA DE DISCOS D-200....................................................... 109
4.5.4 MEMORIA DE CÁLCULO DE LOS MÓDULOS DE ULTRAFILTRACIÓN ......................................... 114 4.5.4.1 PARA EL MÓDULO DE UF D-212 ........................................................................................................... 114 4.5.4.2 PARA EL MÓDULO DE UF D-223 ........................................................................................................... 118 4.5.4.3 PARA EL MÓDULO DE UF D-233 ........................................................................................................... 123 4.5.4.4 PARA EL MÓDULO DE UF D-243 ........................................................................................................... 127
4.5.5 COLUMNAS DE CROMATOGRAFÍA ......................................................................................... 132 4.5.5.1 DIMENSIONAMIENTO DE COLUMNA DE INTERCAMBIO IÓNICO H-220 ............................................ 132 4.5.5.2 DIMENSIONAMIENTO DE COLUMNA DE INTERCAMBIO IÓNICO H-230 ............................................ 136 4.5.5.3 DIMENSIONAMIENTO DE COLUMNA DE INTERCAMBIO IÓNICO H-240 ............................................ 140
4.6 LISTA DE EQUIPOS DEL PROCESO................................................................................................ 145
4.7 DIAGRAMA DE INSTRUMENTACIÓN Y TUBERÍAS ........................................................................ 146
4.7.1 MEMORÍA DE CÁLCULO DE TUBERIAS, BOMBAS Y MOTORES ................................................ 148 4.7.1.1 CÁLCULO DE BOMBAS .......................................................................................................................... 148
4.7.1.1.1 CALCULO DE BOMBA L-090 PARA ENFRIAMIENTO DEL BIORREACTOR M-090 .......................... 148 4.7.1.1.2 CALCULO DE BOMBA L-100-A PARA ENFRIAMIENTO DEL BIORREACTOR M-100 ...................... 154 4.7.1.1.3 CALCULO DE BOMBA N-100 PARA DESCARGA DEL BIORREACTOR ............................................. 160 4.7.1.1.4 CÁLCULO DE POTENCIA DE BOMBA L-242 (MÓDULOS) ............................................................... 165 4.7.1.1.5 CÁLCULO DE POTENCIA DE BOMBA L-232 (MÓDULOS) ............................................................... 170 4.7.1.1.6 CÁLCULO DE POTENCIA DE BOMBA L-222 (MÓDULOS) ............................................................... 178 4.7.1.1.7 CÁLCULO DE POTENCIA DE BOMBA L-211 (MÓDULOS) ............................................................... 183 4.7.1.1.8 CÁLCULO DE POTENCIA DE BOMBA L-231/251/281/241/211/271 (COLUMNAS) ..................... 188 4.7.1.1.9 CÁLCULO DE BOMBA PARA LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR ................................................ 195
4.7.1.2 CALCULO DE POTENCIAS DE MOTORES TANQUES.............................................................................. 197 4.7.1.2.1 POTENCIA MOTOR N-080 PARA AGITAR TANQUE F-080 ............................................................. 197 4.7.1.2.2 POTENCIA MOTOR N-110 PARA AGITAR TANQUE F-110 ............................................................. 198 4.7.1.2.3 POTENCIA MOTOR N-210 PARA AGITAR TANQUE F-210 ............................................................. 198 4.7.1.2.4 POTENCIA MOTOR N-221 PARA AGITAR TANQUE F-221 ............................................................. 198 4.7.1.2.5 POTENCIA MOTOR N-231 PARA AGITAR TANQUE F-231 ............................................................. 199 4.7.1.2.6 POTENCIA MOTOR N-241 PARA AGITAR TANQUE F-241 ............................................................. 199
4.7.2 DESCRIPCION DE LOS SISTEMAS DE CONTROL EN EL PROCESO .............................................. 200 4.7.2.1 BIORREACTORES ................................................................................................................................... 200 4.7.2.2 TANQUE DE MEZCLADO ....................................................................................................................... 200 4.7.2.3 TANQUES DE ALMACENAMIENTO ....................................................................................................... 201 4.7.2.4 CENTRIFUGAS........................................................................................................................................ 201 4.7.2.5 INTERCAMBIADORES DE CALOR .......................................................................................................... 201
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | VI
4.7.2.6 MODULOS DE UF .................................................................................................................................. 202 4.8 DIAGRAMAS ISOMETRICOS DE LOS EQUIPOS DE PROCESO ......................................................... 203
4.8.1 TANQUES DE BALANCE .......................................................................................................... 203
5 INGENIERÍA BÁSICA DE SERVICIOS AUXILIARES............................................................... 245
5.1 ÁREA DE SERVICIOS AUXILIARES ................................................................................................. 245
5.1.1 REQUERIMIENTOS DE SERVICIOS E INSUMOS ........................................................................ 245
5.1.2 BALANCE DE MATERIA Y ENERGÍA ......................................................................................... 245
5.1.3 MOMORIA DE CÁLCULO DE LOS EQUIPOS.............................................................................. 246 5.1.3.1 MÓDULOS DE OSMOSIS INVERSA ........................................................................................................ 246
5.1.3.1.1 CÁLCULO DE LA BOMBA PARA EL EQUIPO DE OI.......................................................................... 254 5.1.3.2 COMPRESOR ......................................................................................................................................... 259
5.1.3.2.1 CAPACIDAD DEL COMPRESOR........................................................................................................ 259 5.1.3.2.2 CÁLCULO DE LA POTENCIA DEL COMPRESOR ............................................................................... 260
5.1.3.3 CALDERA................................................................................................................................................ 263 5.1.4 TORRE DE ENFRIAMIENTO ..................................................................................................... 268
5.1.5 LISTA DE EQUIPOS DE SERVICIOS ........................................................................................... 271
5.1.6 HOJA DE ESPECIFICACIÓN DE EQUIPOS DE SERVICIOS AUXILIARES ......................................... 272 5.1.6.1 SISTEMA DE ÓSMOSIS INVERSA ........................................................................................................... 272
5.1.6.1.1 BOMBA PARA SISTEMA DE ÓSMOSIS INVERSA ............................................................................ 273 5.1.6.2 TORRE DE ENFRIAMIENTO ................................................................................................................... 274 5.1.6.3 COMPRESOR ......................................................................................................................................... 275 5.1.6.4 CALDERA................................................................................................................................................ 276
5.1.7 DIAGRAMA ISOMÉTRICO DE LOS SERVICIOS DE LA PLANTA ................................................... 277 5.1.7.1 MÓDULO DE OI ..................................................................................................................................... 277 5.1.7.2 COMPRESOR ......................................................................................................................................... 277 5.1.7.3 CALDERA................................................................................................................................................ 278 5.1.7.4 TORRE DE ENFRIAMIENTO ................................................................................................................... 280
5.2 DISTRIBUCIÓN DE LA PLANTA ..................................................................................................... 281
5.2.1 ARREGLO DE EQUIPOS EN LAS ÁREAS DE PROCESO Y DIMENSIONAMIENTO DE LAS ÁREAS ... 281
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | VII
5.2.2 ARREGLO DE EQUIPOS EN LAS ÁREAS DE SERVICIOS AUXILIARES Y DIMENSIONAMIENTO DE LAS
ÁREAS 285
5.2.3 LISTA DE ÁREAS EN LA PLANTA .............................................................................................. 286
5.2.4 PLANO DE DISTRIBUCIÓN DE LAS ÁREAS DE LA PLANTA ......................................................... 289
5.3 DIAGRAMA UNIFILAR DE LA PLANTA .......................................................................................... 292
5.4 PROGRAMA MAESTRO DE EJECUCIÓN DEL PROYECTO ............................................................... 293
5.4.1 DIAGRAMA DE GANTT PARA LA PROCURACIÓN, CONSTRUCCIÓN, INSTALACIÓN Y ARRANQUE
DE LA PLANTA .................................................................................................................................... 293
5.4.2 CUADRO TÉCNICO COMPARATIVO PARA LA ADIQUISICIÓN DE EQUIPOS DE PROCESO ........... 295 5.4.2.1 MÓDULOS DE ULTFILTRACIÓN ............................................................................................................. 295 5.4.2.2 COMPRESOR ......................................................................................................................................... 296 5.4.2.3 CALDERAS .............................................................................................................................................. 297 5.4.2.4 CENTRÍFUGAS........................................................................................................................................ 301
5.4.3 PROTOCOLO DE ARRANQUE Y OPERACIÓN DE LOS EQUIPOS DE PROCESO ............................ 302 5.4.3.1 BIORREACTORES ................................................................................................................................... 303 5.4.3.2 TANQUES DE BALANCE ......................................................................................................................... 311 5.4.3.3 MÓDULOS DE ULTRAFILTRACIÓN ........................................................................................................ 318 5.4.3.4 COLUMNAS DE INTERCAMBIO IÓNICO ................................................................................................ 327 5.4.3.5 INTERCAMBIADORES DE CALOR .......................................................................................................... 334 5.4.3.6 CENTRÍFUGAS........................................................................................................................................ 340
6 ESTUDIO DE PREFACTIBILIDAD ECONÓMICA .................................................................. 345
6.1 MONTO DE LA INVERSIÓN DEL BIOPROCESO .............................................................................. 345
6.1.1 COSTO DEL EQUIPO DEL PROCESO ......................................................................................... 345
6.1.2 ESTIMACIÓN DE LA INVERSIÓN FIJA POR EL MÉTODO DE FACTORES DESGLOSADOS ............. 346
6.2 COSTOS DE OPERACIÓN ............................................................................................................. 347
6.2.1 CUADRO DEL PROGRAMA DE OPERACIÓN ............................................................................. 347
6.2.2 CUADRO DE LOS COSTOS TOTALES DE OPERACIÓN ................................................................ 347 6.2.2.1 COSTO DIRECTOS .................................................................................................................................. 347 6.2.2.2 COSTO INDIRECTOS .............................................................................................................................. 351 6.2.2.3 GASTOS GENERALES: MÉTODO DE AMORTIZACIÓN DEL CRÉDITO .................................................... 352 6.2.2.4 VOLUMEN MÍNIMO ECONÓMICO DE OPERACIÓN ............................................................................. 353
6.3 RENTABILIDAD DEL PROCESO ..................................................................................................... 354
6.3.1 CUADRO DE INGRESOS POR VENTAS ..................................................................................... 354
6.3.2 CUADRO DE ESTADO DE RESULTADOS ................................................................................... 354
6.3.3 CUADRO DE CAPITAL DE TRABAJO ......................................................................................... 355
6.3.4 CUADRO DE FLUJO EFECTIVO ................................................................................................ 356
6.3.5 DETERMINACIÓN DE LA TASA INTERNA DE RETORNO Y DE LA TREMA ................................... 357
6.4 ANÁLISIS DE LA SENSIBILIDAD .................................................................................................... 360
6.4.1 CON RESPECTO AL MÉTODO DE AMORTIZACIÓN DEL CRÉDITO.............................................. 360
6.4.2 CON RESPECTO AL PORCENTAJE DE FINANCIAMIENTO DE LA INVERSIÓN FIJA ....................... 361
6.4.3 PRECIO DE LAS MATERIAS PRIMAS Y PRECIO DEL PRODUCTO ................................................ 362
Tabla 89. TIR con el interés de 13% anual. .....................................................................................361
Tabla 90. Análisis de sensibilidad respecto al porcentaje de financiamiento .................................362
Tabla 91. Variación en el precio de materia prima y el comportamiento de la TIR. .......................363
Tabla 92. Variación en el precio de producto y el comportamiento de la TIR. ...............................363
Tabla 93. Comportamiento de la TIR cuando se varía la capacidad instalada. ...............................364
Tabla 94. Variando el aprovechamiento de la capacidad máxima de operación de la planta. .......365
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INTRODUCCIÓN GENERAL 1
1 INTRODUCCIÓN GENERAL
La albúmina sérica humana (HSA) es una proteína de cadena simple que posee 585 aminoácidos y
un peso molecular de 67 kDa. Se encuentra en gran abundancia en el plasma sanguíneo, siendo la
principal proteína de la sangre. El 67% de este polipéptido se encuentra en estado de hélice α. Es
sintetizada en el hígado, y es la proteína más abundante en el ser humano. La concentración
normal de albúmina en la sangre humana oscila entre 3,5 y 5,0 gramos por decilitro, y supone un
54,31% de la proteína plasmática.
Entre las características de la HSA que resultan de importancia para el funcionamiento de nuestro
organismo, podemos destacar las siguientes:
Estabilización de volumen: la HSA es una molécula muy hidrofílica. Esta
característica hace que tenga un rol fundamental en el mantenimiento del volumen de
sangre intravasal en el organismo.
Función de transporte: Una de las principales funciones de la albúmina es la de
transportar y almacenar una amplia variedad de sustancias de bajo peso molecular como
bilirrubina, cortisol, hormonas sexuales, ácidos grasos libres y algunos medicamentos. En
los neonatos hiperbilirrubinémicos, la bilirrubina se combina con la albúmina limitando así
su ingreso a los tejidos hidrofóbicos del cerebro, atenuando con ello la toxicidad en los
procesos hemolíticos graves que se presentan a esa edad. La mitad del calcio circulante
está combinado con la albúmina, por lo que la interpretación clínica de la disminución del
calcio sérico depende de la concentración de la albúmina. Esto se debe a que la fracción
biológicamente activa del calcio es la forma ionizada o libre. La HSA constituye la
molécula decisiva para el transporte del organismo al hígado de metabolitos hidrofóbicos
y tóxicos. Mientras estos metabolitos permanecen unidos a la albúmina, no tienen ningún
efecto nocivo sobre el organismo, por lo que podemos decir que la albúmina tiene
también un efecto neutralizante de toxinas.
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INTRODUCCIÓN GENERAL 2
Figura 1 Representación 3D de la HSA
Debido a la función de transporte de esta proteína, y a la gran variedad de posibles ligandos que
posee, resulta de gran interés el estudio de la formación de complejos con HSA. Una gran cantidad
de drogas se transportan a través del torrente sanguíneo complejadas con Albúmina. Esta proteína
resulta un verdadero depósito de drogas en el organismo, y las protege de ser modificadas por el
metabolismo.
1.1 OBTENCIÓN DE ALBÚMINA SERICA HUMANA
La albúmina humana se puede obtener de plasma o placentas humanas. A nivel industrial se
prepara por fraccionamiento de mezclas de plasma obtenido de cientos de donantes sanos.
El método utilizado en su obtención fue desarrollado por Cohn en 1940, durante la II Guerra
Mundial, y consiste en someter el plasma humano a un proceso de fraccionamiento con etanol frío
a diferentes concentraciones y variaciones de temperatura, fuerza iónica y pH para obtener
diferentes fracciones o pastas.
A partir del descubrimiento del modelo del ADN por Watson y Crick en 1953, se ha avanzado
mucho en su manipulación y las aplicaciones. Numerosas investigaciones han permitido
comprender cómo portan y transmiten la información genética el ADN y otras moléculas. Desde el
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INTRODUCCIÓN GENERAL 3
comienzo del siglo pasado se sabe que algunas enfermedades ocurren debido a fallas metabólicas,
por deficiencia en una enzima, proteína ausente o menos activa que la proteína normal. Este
conocimiento ha estimulado a muchos investigadores en la búsqueda de alternativas para el
tratamiento de enfermedades.
Escherichia coli fue el organismo seleccionado inicialmente, para elaborar proteínas
recombinantes humanas, sin embargo, E. coli tiene sus desventajas para la producción de
proteínas humanas, en razón de que es una procariota y no dispone de mecanismos para la
glicosilación de las proteínas luego de la traducción. Esta modificación, que forma parte de las
llamadas postraduccionales, se lleva a cabo en más del 90% de las proteínas de mamíferos, la cual
puede afectar su función o el reconocimiento de la proteína para dirigirla a un sitio específico.
Dado que E. coli no glicosila las proteínas en la expresión de proteínas eucarióticas, se han
estudiado otros modelos: células de mamíferos, insectos y levaduras. De estos tres, las células de
levaduras son las más empleadas, puesto que combinan características de fácil manipulación
genética y rápido crecimiento, propio de los organismos procariota, con una maquinaria subcelular
de las proteínas en forma similar a los mamíferos.
La estructura de oligosacáridos de la invertasa en S. cerevisiae y P. pastoris fue determinada y
comparada con la estructura de los oligosacáridos de mamíferos. P. pastoris tiene los
mecanismos para adicionar O-N-oligosacáridos a las proteínas secretadas. Los glicanos de la
invertasa secretada por P. pastoris no tienen el residuo de α-1-3 manosa característica en S.
cerevisiae, el cual produce alta naturaleza antigénica de las glicoproteínas secretadas por esta
última levadura y, por tanto, las hace no aptas para producir sustancias de uso terapéutico.
Respecto a los N-oligosacáridos, la ventaja de P. pastoris sobre S. cerevisiae está en la glicosilación
que realiza, pues esta se parece más a la que hacen las células humanas.
Este microorganismo es capaz de generar modificaciones postraduccionales muy similares a las
modificaciones humanas. Además en grandes fermentadores, P. pastoris crece en un medio que
consiste en una fuente pura de carbono (glicerol o metanol), biotina, sales, trazas de elementos,
agua y no secreta alta cantidad de proteínas endógenas; por consiguiente las proteínas secretadas
por el cultivo son relativamente puras, lo que facilita su separación.
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | OBJETIVO 4
2 OBJETIVO
2.1 GENERAL
- Desarrollar el proyecto de diseño de una planta de producción de albumina sérica humana
recombinante (rHSA).
2.2 ESPECIFICOS
- Establecer las bases de diseño para la construcción de una planta de producción de rHSA.
- Detallar el proceso de producción de rHSA.
- Elaborar el estudio de pre factibilidad económico para la construcción de una planta de
producción de RHSA.
3 TAMAÑO DE PLANTA Y LOCALIZACION
3.1 DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD INSTALADA
Considerando que los tiempos para la elaboración del proyecto, no se llevo a cabo un estudio de
mercado, por lo que de forma arbitraria se elige una capacidad instalada de 500 kg de rHSA por
año.
3.2 LOCALIZACIÓN CON BASE A LA UBICACIÓN Y CARACTERÍSTICAS DE LOS MERCADOS
DE CONSUMO Y ABASTECIMIENTO
La localización adecuada se evaluará al dividir el territorio nacional en tres regiones:
A) Norte
B) Centro
C) Sureste.
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DISEÑO DE PLANTAS | TAMAÑO DE PLANTA Y LOCALIZACION 5
Figura 2. División del territorio nacional en 3 zonas (la zona blanca y azul se considera norte)
En cada región se evaluaran los parámetros considerados con más impacto de acuerdo a las
condiciones requeridas para el establecimiento de la planta. Los parámetros evaluados se
describen para cada zona:
Tabla 1. Criterios de selección para la localización de sitios.
Parámetro A B C
Mano de obra calificada De acuerdo a los reporte de INEGI, existe una oferta moderada de técnicos y profesionistas, sin embargo, su cercanía a la frontera norte exige un ingreso por salarios elevado
La zona con mayor oferta de técnicos y profesionistas. La alta actividad económica hace que los salarios puedan mantenerse fijos, además de que la calidad de vida es relativamente buena.
Es una zona con bajo desarrollo económico que no sea turismo. Existen limitadas fuentes de técnicos y profesionistas.
Clima y factores ambientales La temperatura media en esta zona es de 25°C, sin embargo, su
La zona centro tiene una temperatura promedio de 18°C,
Zona húmeda con alto índice de precipitaciones.
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DISEÑO DE PLANTAS | TAMAÑO DE PLANTA Y LOCALIZACION 6
ubicación geográfica la hace propensa climas extremos en verano/invierno. Predominan zonas áridas.
y su clima es templado, con las estaciones definidas.
Estimulos fiscales PROGRAMA EMPRENDE TU NEGOCIO PROGRAMA INICIA TU NEGOCIO IMPULSO A TU NEGOCIO FONDO DE APOYO PARA LA MICRO, PEQUEÑA Y MEDIANA EMPRESA
Programas de microcréditos para el autoempleo Programa de apoyo a la micro y pequeña empresa Bancarización
Dreditos y facilidades para el establecimiento de nuevas emoresas, que van desde $30’000.00 hasta 1’000’000.00
Cercania con Mercados No se muestra diferencia significativa.
Materia Prima Es una zona dedicada a actividades económicas enfocadas a la transformación de materias primas, lo que garantiza la selección de líneas de distribución y proveedores.
Debido a que es una zona cuyas actividades económicas principales son el comercio y la industria, existe un limitado abastecimiento de materias, que es compensado por la gran cantidad de vías de comunicación.
Es una zona dedicada a actividades económicas primarias, lo que reduce el costo de materias primas y las hace mas disponibles.
Al evaluar los parámetros de acuerdo al método cualitativo por puntos, se obtuvo la siguiente
matriz, en la que se califico cada lugar y se multiplico por su grado de impacto
(calificación/calificación por grado de impacto). La suma total permitió comparar cada sitio, y así
elegir el más adecuado. La localización seleccionada es el área centro.
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DISEÑO DE PLANTAS | TAMAÑO DE PLANTA Y LOCALIZACION 7
Tabla 2. Evaluación de la localización.
Parámetro Grado de impacto A B C
Mano de obra calificada 0.25 8 /2 10/2.5 7/1.75
Clima y factores ambientales 0.15 9/1.35 9/1.35 8/1.20
Estimulos fiscales 0.05 9/0.45 9/0.45 10/0.5
Infraestructura (carreteras, servicios,
comunicaciones)
0.10 9/0.9 10/1.0 8/0.8
Cercania con Mercados 0.20 10/2.0 9/1.80 8/1.6
Materia Prima 0.25 8/2.0 7/1.75 9/2.25
TOTAL 1.00 5.1 8.85 8.1
Establecida la localización en la zona centro, se procede a elegir la ubicación, tomando en cuenta
los mismos puntos anteriores se evalúan los siguientes parques industriales:
A) Toluca: FRISIA, Toluca-Lerma. Km 535 México-Toluca, Lerma.
B) Querétaro: Parque Industrial Querétaro.
C) Puebla. Industrial San Jerónimo. Carretera Puebla-Tlaxcala.
El mejor tiempo y menor número de centrifugas es el de 8 centrifugas y un tiempo total de 7.85 h
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 114
4.5.4 MEMORIA DE CÁLCULO DE LOS MÓDULOS DE ULTRAFILTRACIÓN
4.5.4.1 PARA EL MÓDULO DE UF D-212
Para el cálculo de este módulo se tienen las siguientes características de de un módulo
Tabla 29. Condiciones de operación del módulo de UF D-212
Concentrar:
Para construir la tabla 30. Se propusieron valores de cb desde cbi hasta cbf, para los cuales
se determinó el flux de filtrado, flujo de filtrado, volumen al final de la concentración,
volumen de lavado y velocidad de diafiltración.
Flux de filtrado
Cb
Cgln *k =Jc
101010.2 =Sc xDAB
=
2136.6134Sc*0.023Re =Sh 0.330.8 =
smD
ShD
h
AB /00013738.0 =k =
A (m2) 19.5
Dh (m) 0.001
tpropuesto (h) 1
Re 4000
0.1445
ρ (kg/m3) 1070
DAB (m2/s) 6.43E-11
Vo (m3) 40.65
Cg (g/L) 350
Cbi (g/L) 0.12
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 115
Por lo tanto para cada valor de cb propuesto se determinó su flux de filtrado, empleando K y Cg ,
los cuales se muestran en la tabla 30.
Cb
Cgln *k =Jc
Flujo de filtrado
A*J=F C
Volumen al final de la concentración
b
bi
C
C*V=V o
c
Volumen de lavado
5*V=V Cl
Velocidad de diafiltración
l
iónDiafiltracV
F= v
Tabla 30. Determinación del flux de filtrado, flujo de filtrado, volumen al final de la concentración, volumen de lavado y velocidad de diafiltración a diferentes concentraciones de albúmina.
Áreas de diafiltración y concentración, número de cartuchos
CD A=A
D
D
J
t/V=A l
D
AV
C
J
t/V=A
p
C
CAV
C
AJ
t
*
/V=N
p
C
tC (h) 0.8434
tD (h) 0.1566
AC (m2) 16.9223 NC 1
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Dimensiones del módulo de UF
4.5.4.2 PARA EL MÓDULO DE UF D-223
Tabla 33. Condiciones de operación del módulo de UF D-212
A (m2) 2.1
Dh (m) 0.001
t (h) 1
Re 4000
0.12
ρ (kg/m3) 1000
DAB (m2/s) 6.43E-11
Vo (m3) 0.78
Cg (g/L) 350
Cbi (g/L) 6.25
Concentrar:
Para construir la tabla 34. Se propusieron valores de cb desde cbi hasta cbf, para los cuales
se determinó el flux de filtrado, flujo de filtrado, volumen al final de la concentración,
volumen de lavado y velocidad de diafiltración.
Flux de filtrado
AD (m2) 16.9223 ND 1
H (m) 1.39
D (m) 0.168
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Debido a que la albúmina ya no esta en medio de cultivo, sino en soluciones de buffer se
volvió a calcular la k a las nuevas condiciones de viscosidad y densidad:
Cb
Cgln *k =Jc
61087.1 =Sc xDAB
=
2054.92521Sc*0.023Re =Sh 0.330.8 =
smD
ShD
h
AB /00013213.0 =k =
Por lo tanto para cada valor de cb propuesto se determinó su flux de filtrado, empleando K y Cg ,
los cuales se muestran en la tabla 34.
Cb
Cgln *k =Jc
Flujo de filtrado
A*J=F C
Volumen al final de la concentración
b
bi
C
C*V=V o
c
Volumen de lavado
5*V=V Cl
Velocidad de diafiltración
l
iónDiafiltracV
F= v
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Tabla 34. Determinación de flux de filtrado, flujo de filtrado, volumen al final de la concentración, volumen de lavado y velocidad de diafiltración a diferentes concentraciones de albúmina.
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Tiempo de diafiltración y concentración
propuestoCD t=t t +
+
P
AV
D
l
V
J
J
V*1
t= t
propuesto
C
Ct-propuestoD t= t
Áreas de diafiltración y concentración, número de cartuchos
CD A=A
D
D
J
t/V=A l
D
AV
C
J
t/V=A
p
C
CAV
C
AJ
t
*
/V=N
p
C
AC (m2) 1.4382 NC 1
AD (m2) 1.4382 ND 1
Dimensiones del módulo de UF
H (m) 0.693
D (m) 0.091
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4.5.4.3 PARA EL MÓDULO DE UF D-233
Tabla 37. Condiciones de operación del módulo de UF D-233
A (m2) 9
Dh (m) 0.001
t (h) 4
Re 4000
0.12
ρ (kg/m3) 1000
DAB (m2/s) 6.43E-11
Vo (m3) 0.4683
Cg (g/L) 350
Cbi (g/L) 10.4167
Concentrar:
Para construir la tabla 38. Se propusieron valores de cb desde cbi hasta cbf, para los cuales
se determinó su el flux de filtrado, flujo de filtrado, volumen al final de la concentración,
volumen de lavado y velocidad de diafiltración.
Flux de filtrado
Debido a que la albúmina ya no esta en medio de cultivo, sino en soluciones de buffer se volvió a
calcular la k a las nuevas condiciones de viscosidad y densidad:
Cb
Cgln *k =Jc
61087.1 =Sc xDAB
=
2054.92521Sc*0.023Re =Sh 0.330.8 =
smD
ShD
h
AB /00013213.0 =k =
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 124
Por lo tanto para cada valor de cb propuesto se determinó su flux de filtrado, empleando K y Cg ,
los cuales se muestran en la tabla 38.
Cb
Cgln *k =Jc
Flujo de filtrado
A*J=F C
Volumen al final de la concentración
b
bi
C
C*V=V o
c
Volumen de lavado
5*V=V Cl
Velocidad de diafiltración
l
iónDiafiltracV
F= v
Tabla 38. Determinación de flux de filtrado, flujo de filtrado, volumen al final de la concentración, volumen de lavado y velocidad de diafiltración a diferentes concentraciones de albúmina.
Áreas de diafiltración y concentración, número de cartuchos
CD A=A
D
D
J
t/V=A l
D
tC (h) 0.0973
tD (h) 3.9027
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AV
C
J
t/V=A
p
C
CAV
C
AJ
t
*
/V=N
p
C
Dimensiones del módulo de UF
4.5.4.4 PARA EL MÓDULO DE UF D-243
Tabla 41. Condiciones de operación del módulo de UF D-243
AC (m2) 8.4410 NC 0.938
AD (m2) 8.4410 ND 0.94
H (m) 0.813
D (m) 0.168
A (m2) 9
Dh (m) 0.001
t (h) 4
Re 4000
m(kg/m s) 0.12
ρ (kg/m3) 1000
DAB (m2/s) 6.43E-11
Vo (m3) 0.3122
Cg (g/L) 350
Cbi (g/L) 15.625
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 128
Concentrar:
Para construir la tabla 42. Se propusieron valores de cb desde cbi hasta cbf, para los cuales se
determinó el flux de filtrado, flujo de filtrado, volumen al final de la concentración, volumen de
lavado y velocidad de diafiltración.
Flux de filtrado
Debido a que la albúmina ya no esta en medio de cultivo, sino en soluciones de buffer se volvió a
calcular la k a las nuevas condiciones de viscosidad y densidad:
Cb
Cgln *k =Jc
61087.1 =Sc xDAB
=
2054.92521Sc*0.023Re =Sh 0.330.8 =
smD
ShD
h
AB /00013213.0 =k =
Por lo tanto para cada valor de cb propuesto se determinó su flux de filtrado, empleando K y Cg , los cuales se muestran en la tabla 42.
Cb
Cgln *k =Jc
Flujo de filtrado
A*J=F C
Volumen al final de la concentración
b
bi
C
C*V=V o
c
Volumen de lavado
5*V=V Cl
Velocidad de diafiltración
l
iónDiafiltracV
F= v
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 129
Tabla 42. Determinación de flux de filtrado, flujo de filtrado, volumen al final de la concentración, volumen de lavado y velocidad de diafiltración a diferentes concentraciones de albúmina.
Nota: El volumen de la tapa del tanque que almacena la solución es de 0.0140 m3, la
concentración final será 348.43 g/L, a la cual comenzaremos el proceso de diafiltración.
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 146
4.7 DIAGRAMA DE INSTRUMENTACIÓN Y TUBERÍAS
Este diagrama se incluye en el mismo disco donde se guarda este documento.
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 147
4.7.1 MEMORÍA DE CÁLCULO DE TUBERIAS, BOMBAS Y MOTORES
4.7.1.1 CÁLCULO DE BOMBAS
4.7.1.1.1 CALCULO DE BOMBA L-090 PARA ENFRIAMIENTO DEL BIORREACTOR M-090
Las propiedades del agua a 10 °C son las siguientes:
Se escoge una tubería de 1 pulgada con una longitud de tubería de 20 m desde la torre de
enfriamiento pasando por la chaqueta y de regreso a la torre de enfriamiento.
El flujo que se requiere de agua para mantener la temperatura del biorreactor a 35 °C (calculado
previamente en el parcial anterior) es de 6 m3/h a 10 °C, con lo cual se calcula la velocidad en la
tubería.
Posteriormente se realiza el cálculo del número de Reynolds
0.1307Pa s:=
1000kg
m3
:=
g 9.807 103
kg
m2
s2
=:=
Di 26.64mm:=
Dext 33.40mm:=
L 20m:=
Qalim 6m
3
hr:=
v4Qalim
Di2
2.99m
s=:=
Rev Di
609.465=:=
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 149
La rugosidad del acero comercial es: 4.6x10-5 m y usando la ecuación para flujos turbulentos de
Darcy se calcula el factor de fricción.
Las pérdidas de energía en la tubería es
Las pérdidas de energía en la válvula de compuerta con una longitud equivalente de L/D = 8 es la
siguiente
La pérdida de energía en los 5 codos de 90° con una longitud equivalente de L/D = 30 es
La pérdida total de energía es
Para el cálculo de la energía requerida hA se usa la ecuación general de energía
𝜌1
𝛾1+ 𝑧1 +
𝑣12
2 ∙ 𝑔+ 𝐴 − 𝐿 =
𝜌2
𝛾2+ 𝑧2 +
𝑣22
2 ∙ 𝑔
Donde f=Factor de fricción v=Velocidad D=Diámetro de la tuberia L=Longitud de la corriente de flujo
4.5105-m:=
hL fL
D
v2
2g:= f
f0.25
log1
3.7Di
5.74
Re0.9
+
20.083=:=
hLtuberia fL
Di
v2
2g 28.371m=:=
hLvalv f 8v
2
2g 0.302m=:=
hLcodo 4 f 30v
2
2g 4.535m=:=
hLtot hLtuberia hLvalv+ hLcodo+ 33.208m=:=
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 150
Donde
ρ1,2 = Densidad del líquido en la primera y segunda sección
γ1,2 = Peso específico del líquido en la primera y segunda sección
z1,2 = Altura del líquido en la primera y segunda sección
v1,2 = Velocidad de líquido en la primera y segunda sección
g = Aceleración de la gravedad
hA = Energía agregada
hL = Pérdidas de energía
Teniendo en cuenta el siguiente diagrama podemos resolver la ecuación y encontrar hA
Figura 12. Esquema de bombeo para el enfriamiento del biorreactor M-090 durante la fermentación.
1
2 .
. z
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 151
Sustituyendo en la ecuación podemos encontrar hA
Aplicando la siguiente ecuación podemos encontrar la potencia de la bomba requerida
Y la diferencia de presión en la bomba es de
Caudal Qalim 6m
3
hr=:=
z1 0m:=
hliquido 5m:=
v1 0:=
z2 8m:=
v2 v 2.99m
s=:=
Patm 1atm:=
P1 g hliquido Patm+ 1.484atm=:=
P2 1atm:=
hA
P2
z2+
v22
2 g+
P1
- z1-
v12
2 g- hLtot+ 36.664m=:=
Donde PA=Potencia requerida
hAEnergía que se agrega
Q=Flujo volumétrico
PA
hA Q Ef
:=hA
Ef 0.7:=
Pa hA g Qalim
Ef 1.148hp=:=
P bomba hA hLtot- g 0.339bar=:=
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 152
Para calcular el NPSH se usa la siguiente ecuanción
𝐻𝑁𝑃𝑆𝐻 = 𝐻𝑎 − 𝐻𝑧 + 𝐻𝑓 − 𝐻𝑣 − 𝐻𝑣𝑎𝑝
Donde
Ha = cabeza de presión del líquido
Hz = cabeza de altura desde la bomba
Hf = cabeza pérdidas por fricción
Hv = cabeza de velocidad
Hvap = cabeza de vapor del líquido
Teniendo en cuenta la altura desde la bomba hasta la torre de enfriamiento se deduce la cabeza
de altura
Figura 13. Esquema de bombeo de agua de enfriamiento en el biorreactor M-090 durante la fermentación, donde se muestra la altura que hay desde la bomba hasta donde se tiene que bombear el agua, para calcular NPSH.
Hz
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 153
Posteriormente se calcula el NPSH requerido y luego el que se debe disponer en la bomba
tuberia + valvula + codo
Ha
Patm
10.332m=:=
Hz 12- m:=
L1 4m:=
Hf fL1
Di
v2
2g hLvalv+ f 30
v2
2g+ 7.11m=:=
Hvv
2
2 g0.456m=:=
Pvap35 9.2torr:=
Hvap
Pvap35
0.125m=:=
HNPSH Ha Hz- Hf Hv- Hvap-+ 28.861m=:=
NPSHD HNPSH1.1 31.748m=:=
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 154
4.7.1.1.2 CALCULO DE BOMBA L-100-A PARA ENFRIAMIENTO DEL BIORREACTOR M-100
Las propiedades del agua a 10 °C son las siguientes:
Se escoge una tubería de 5 pulgadas para disminuir las pérdidas por energía con una longitud total
de 30 m desde la torre de enfriamiento pasando por la chaqueta y de regreso a la torre de
enfriamiento.
El flujo que se requiere de agua para mantener la temperatura del biorreactor a 35 °C (calculado
previamente en el parcial anterior) es de 116 m3/h a 10 °C, con lo cual se calcula la velocidad en la
tubería.
Posteriormente se realiza el cálculo del número de Reynolds
La rugosidad del acero comercial es: 4.6x10-5 m y usando la ecuación para flujos turbulentos de
Darcy se calcula el factor de fricción.
4.5105-m:=
0.1307Pa s:=
1000kg
m3
:=
g 9.807 103
kg
m2
s2
=:=
Di 128.2mm:=
Dext 141.3mm:=
L 30m:=
Qalim 116m
3
hr:=
v4Qalim
Di2
2.496m
s=:=
Rev Di
2.449 10
3=:=
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 155
Las pérdidas de energía en la tubería es
Las pérdidas de energía en la válvula de compuerta con una longitud equivalente de L/D = 8 es la
siguiente
La pérdida de energía en los 5 codos de 90° con una longitud equivalente de L/D = 30 es
La pérdida total de energía es
Para el cálculo de la energía requerida hA se usa la ecuación general de energía
𝜌1
𝛾1+ 𝑧1 +
𝑣12
2 ∙ 𝑔+ 𝐴 − 𝐿 =
𝜌2
𝛾2+ 𝑧2 +
𝑣22
2 ∙ 𝑔
Donde f=Factor de fricción v=Velocidad D=Diámetro de la tuberia L=Longitud de la corriente de flujo
hL fL
D
v2
2g:= f
f0.25
log1
3.7Di
5.74
Re0.9
+
20.048=:=
hLtuberia fL
Di
v2
2g 3.566m=:=
hLvalv f 8v
2
2g 0.122m=:=
hLcodo 4 f 30v
2
2g 1.828m=:=
hLtot hLtuberia hLvalv+ hLcodo+ 5.516m=:=
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 156
Donde
ρ1,2 = Densidad del líquido en la primera y segunda sección
γ1,2 = Peso específico del líquido en la primera y segunda sección
z1,2 = Altura del líquido en la primera y segunda sección
v1,2 = Velocidad de líquido en la primera y segunda sección
g = Aceleración de la gravedad
hA = Energía agregada
hL = Pérdidas de energía
Teniendo en cuenta el siguiente diagrama podemos resolver la ecuación y encontrar hA
Figura 14. Esquema del bombeo de agua para enfriamiento del biorreactor M-100 durante la fermentación
1
2 .
. z
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 157
Sustituyendo en la ecuación podemos encontrar hA
Aplicando la siguiente ecuación podemos encontrar la potencia de la bomba requerida
Y la diferencia de presión en la bomba es de
Caudal Qalim 116m
3
hr=:=
z1 0m:=
hliquido 5m:=
v1 0:=
z2 8m:=
v2 v 2.496m
s=:=
Patm 1atm:=
P1 g hliquido Patm+ 1.484atm=:=
P2 1atm:=
hA
P2
z2+
v22
2 g+
P1
- z1-
v12
2 g- hLtot+ 8.834m=:=
Donde PA=Potencia requerida
hA = Energía que se agrega
Q=Flujo volumétrico
PA
hA Q Ef
:=hA
Ef 0.7:=
Pa hA g Qalim
Ef 5.348hp=:=
P bomba hA hLtot- g 0.325bar=:=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 158
Para calcular el NPSH se usa la siguiente ecuanción
𝐻𝑁𝑃𝑆𝐻 = 𝐻𝑎 − 𝐻𝑧 + 𝐻𝑓 − 𝐻𝑣 − 𝐻𝑣𝑎𝑝
Donde
Ha = cabeza de presión del líquido
Hz = cabeza de altura desde la bomba
Hf = cabeza pérdidas por fricción
Hv = cabeza de velocidad
Hvap = cabeza de vapor del líquido
Teniendo en cuenta la altura desde la bomba hasta la torre de enfriamiento se deduce la cabeza
de altura
Figura 15. Esquema de bombeo de agua de enfriamiento en el biorreactor M-100 durante la fermentación, donde se muestra la altura que existe desde la bomba hasta donde se debe bombear el agua, para el cálculo del NPSH.
Hz
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 159
Posteriormente se calcula el NPSH requerido y luego el que se debe disponer en la bomba
tuberia valvula codo
Ha
Patm
10.332m=:=
Hz 20- m:=
L1 4m:=
Hf fL1
Di
v2
2g hLvalv+ f 30
v2
2g+ 1.054m=:=
Hvv
2
2 g0.318m=:=
Pvap35 9.2torr:=
Hvap
Pvap35
0.125m=:=
HNPSH Ha Hz- Hf Hv- Hvap-+ 30.944m=:=
NPSHD HNPSH1.1 34.038m=:=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 160
4.7.1.1.3 CALCULO DE BOMBA N-100 PARA DESCARGA DEL BIORREACTOR
Las propiedades del medio a 37 °C son las siguientes:
Se escoge una tubería de 5 pulgadas para disminuir las pérdidas por energía con una longitud total
de 18.1 m desde el biorreactor hasta el tanque de balance.
El tiempo que se propone para que se descargue es de 30 minutos y así se calcula el flujo y la
velocidad en la tuberia.
Posteriormente se realiza el cálculo del número de Reynolds
La rugosidad del acero comercial es: 4.6x10-5 m y usando la ecuación para flujos turbulentos de
Darcy se calcula el factor de fricción.
0.154Pa s:=
1070kg
m3
:=
g 1.049 104
kg
m2
s2
=:=
Di 154.1mm:=
Dext 168.3mm:=
L 18.1m:=
Vop 50m3
:=
tdesc 30min:=
Qalim
Vop
tdesc
100m
3
hr=:=
v4Qalim
Di2
1.489m
s=:=
Rev Di
1.595 10
3=:=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 161
Las pérdidas de energía en la tubería es
Las pérdidas de energía en la válvula de compuerta con una longitud equivalente de L/D = 8 y en la
válvula de verificación con una longitud equivalente de L/D = 300, son las siguientes
La pérdida de energía en los 3 codos de 90° con una longitud equivalente de L/D = 30 es
La pérdida total de energía es
Para el cálculo de la energía requerida hA se usa la ecuación general de energía
𝜌1
𝛾1+ 𝑧1 +
𝑣12
2 ∙ 𝑔+ 𝐴 − 𝐿 =
𝜌2
𝛾2+ 𝑧2 +
𝑣22
2 ∙ 𝑔
Donde f=Factor de fricción v=Velocidad D=Diámetro de la tuberia L=Longitud de la corriente de flujo
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 162
Donde
ρ1,2 = Densidad del líquido en la primera y segunda sección
γ1,2 = Peso específico del líquido en la primera y segunda sección
z1,2 = Altura del líquido en la primera y segunda sección
v1,2 = Velocidad de líquido en la primera y segunda sección
g = Aceleración de la gravedad
hA = Energía agregada
hL = Pérdidas de energía
Teniendo en cuenta el siguiente diagrama podemos resolver la ecuación y encontrar hA
Figura 16. Esquema de decarga del biorreactor M-100
Sustituyendo en la ecuación podemos encontrar hA
1
2
.
.
Caudal Qalim 100m
3
hr=:=
v1 0:=
hliquido1 6.43m:=
z1 0:=
z2 7.5m:=
v2 v 1.489m
s=:=
Patm 1atm:=
P1 g hliquido1 Patm+ 1.666atm=:=
P2 1atm:=
z
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 163
Aplicando la siguiente ecuación podemos encontrar la potencia de la bomba requerida
Y la diferencia de presión en la bomba es de
Para calcular el NPSH se usa la siguiente ecuanción
𝐻𝑁𝑃𝑆𝐻 = 𝐻𝑎 − 𝐻𝑧 + 𝐻𝑓 − 𝐻𝑣 − 𝐻𝑣𝑎𝑝
Donde
Ha = cabeza de presión del líquido
Hz = cabeza de altura desde la bomba
Hf = cabeza pérdidas por fricción
Hv = cabeza de velocidad
Hvap = cabeza de vapor del líquido
Teniendo en cuenta la altura desde la bomba hasta el tanque de balance podemos encontrar la
NPSH.
hA
P2
z2+
v22
2 g+
P1
- z1-
v12
2 g- hLtot+ 3.17m=:=
Donde PA=Potencia requerida
hAEnergía que se agrega
Q=Flujo volumétrico
PA
hA Q Ef
:=hA
Ef 0.7:=
Pa hA g Qalim
0.65 1.906hp=:=
P bomba hA hLtot- g 0.124bar=:=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 164
Figura 17. Esquema de descarga del biorreactor M-100 donde se indica la altura desde la bomba hasta el lugar donde se debe depositar el medio agotado.
Posteriormente se calcula el NPSH requerido y luego el que se debe disponer en la bomba
tuberia valvula codo
Ha
Patm
9.656m=:=
Hz 7.5- m:=
L1 4m:=
Hf fL1
Di
v2
2g hLcomp+ f 30
v2
2g+ 0.403m=:=
Hvv
2
2 g0.113m=:=
Pvap35 0.0573kg
cm2
:=
Hvap
Pvap35
0.536m=:=
HNPSH Ha Hz- Hf Hv- Hvap-+ 16.91m=:=
NPSHD HNPSH1.1 18.602m=:=
1
2
.
.
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 165
4.7.1.1.4 CÁLCULO DE POTENCIA DE BOMBA L-242 (MÓDULOS)
Propiedades de la solución a trabajar:
Viscosidad: 0.120 Pa·s
Densidad: 1050 kg / m3
Peso especifico: 1.03 x 104 kg / m2·s2
La potencia de una bomba se calcula con la siguiente ecuación:
Donde: PA= Potencia requerida
hA= Energía que se agrega
Q= Flujo volumétrico
La ecuación general de energía es la siguiente:
Donde: ρ1,2 = Densidad del líquido en la primera y segunda sección
γ = Peso específico z1,2 = Altura del líquido en la primera y segunda sección
v1,2 = Velocidad de líquido en la primera y segunda sección
g = Aceleración de la gravedad hA = Energía agregada
hL = Pérdidas de energía
A1
z1+
v12
2 g+ hA+ hL-:=
1B
2
z2+
v22
2 g+:=
2
PA
hA Q Ef
:=hA
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 166
hL fL
D
v2
2g:= f
Para el cálculo de pérdidas de energía se utiliza la ecuación de Darcy:
Donde: f = Factor de fricción v = Velocidad D = Diámetro de la tubería L = Longitud de la corriente de flujo
La rugosidad del acero comercial es: 4.6x10-5 m
A la entrada del líquido en los módulos Acero Inoxidable cédula 40
Diámetro de las tuberías (se propone la velocidad de operación, mientras que el volumen y el tiempo de operación vienen dados de cálculos anteriores:
En base al Dint calculado, se busca una tubería en tablas que cumpla con ese requerimiento, encontrando que la tubería de 1 1/4" cumple:
tdesc 5min:=Vop 0.4m
3:=vel 2
m
s:=
aVop
tdesc
4.8m
3
hr=:= b
a
vel666.667mm
2=:=
Dint4 b
1
2
29.135mm=:=
Di 35.05mm:= Dext 42.16mm:=
L 15m:=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 167
Cálculo de flujos y velocidades en la tubería
Usando la ecuación para flujos turbulentos se calcula el factor de fricción:
Cálculo del número de Reynolds
Perdidas de energía en tuberías:
Qalim
Vop
tdesc
4.8m
3
hr=:=
v4Qalim
Di2
1.382m
s=:=
Rev Di
423.808=:=
Di
761.957=
f0.25
log1
3.7Di
5.74
Re0.9
+
20.098=:=
hLtuberia fL
Di
v2
2g 4.072m=:=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 168
CÁLCULO DE POTENCIA DE BOMBA:
Caudal Qalim 4.8m
3
hr=:=
z1 0:=
v1 0:=
hliquido1 1.3m:=
z2 1.5m:=
v2 v 1.382m
s=:=
Pérdida en accesorios
Válvulas
Válvula diafragma
LONGITUD EQUIVALENTE VALVULA compuerta totalmente abierta = 7
Codos
*LONGITUD EQUIVALENTE CODO 90° = 30
* PRINCIPIOS Y APLICACIONES DEL RIEGO ORSON W. ISRAELSEN, VAUGHN E. HANSEN 2A EDICION. REVERTE 1985. 396 PAGINAS
PERDIDA TOTAL
hLvalv f 7v
2
2g 0.067m=:=
hLcodo 4 f 30v
2
2g 1.142m=:=
hLtot hLtuberia hLvalv+ hLcodo+ 5.281m=:=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 169
Patm 1atm:=
P1 g hliquido1 Patm+ 1.132atm=:=
P2 1atm:=
hA
P2
z2+
v22
2 g+
P1
- z1-
v12
2 g- hLtot+ 5.578m=:=
Pa 0.147hp=
P bomba hA hLtot- g 0.031bar=:=
Ha
Patm
9.84m=:=
Hz 1.5- m:=
L1 4m:=
Hf fL1
Di
v2
2g hLvalv+ f 30
v2
2g+ 1.438m=:=
Hvv
2
2 g0.097m=:= Pvap35 0.0573
kg
cm2
:= Hvap
Pvap35
0.546m=:=
HNPSH Ha Hz- Hf Hv- Hvap-+ 12.135m=:=
NPSHD HNPSH1.1 13.349m=:=
POTENCIA DE LA BOMBA
tubería válvula codo
Pa hA g Qalim
0.7 0.147hp=:=
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 170
4.7.1.1.5 CÁLCULO DE POTENCIA DE BOMBA L-232 (MÓDULOS)
Propiedades de la solución a trabajar:
Viscosidad: 0.120 Pa·s
Densidad: 1050 kg / m3
Peso especifico: 1.03 x 104 kg / m2·s2
La potencia de una bomba se calcula con la siguiente ecuación:
Donde: PA= Potencia requerida
hA= Energía que se agrega
Q= Flujo volumétrico
La ecuación general de energía es la siguiente:
Donde: ρ1,2 = Densidad del líquido en la primera y segunda sección
γ = Peso específico z1,2 = Altura del líquido en la primera y segunda sección
v1,2 = Velocidad de líquido en la primera y segunda sección
g = Aceleración de la gravedad hA = Energía agregada
hL = Pérdidas de energía
A1
z1+
v12
2 g+ hA+ hL-:=
1B
2
z2+
v22
2 g+:=
2
PA
hA Q Ef
:=hA
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 171
hL fL
D
v2
2g:= f
Para el cálculo de pérdidas de energía se utiliza la ecuación de Darcy:
Donde: f = Factor de fricción v = Velocidad D = Diámetro de la tubería L = Longitud de la corriente de flujo
La rugosidad del acero comercial es: 4.6x10-5 m
A la entrada del líquido en los módulos Acero Inoxidable cédula 40
Diámetro de las tuberías (se propone la velocidad de operación, mientras que el volumen y el tiempo de operación vienen dados de cálculos anteriores:
En base al Dint calculado, se busca una tubería en tablas que cumpla con ese requerimiento, encontrando que la tubería de 1 1/2" cumple:
tdesc 5min:=vel 2
m
s:= Vop 0.6m
3:=
aVop
tdesc
7.2m
3
hr=:= b
a
vel1 10
3 mm
2=:=
Dint4 b
1
2
35.682mm=:=
Dext 48.26mm:=Di 40.89mm:= L 15m:=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 172
f0.25
log1
3.7Di
5.74
Re0.9
+
20.087=:=
Di
888.913=
Cálculo de flujos y velocidades en la tubería
Usando la ecuación para flujos turbulentos se calcula el factor de fricción:
Cálculo del número de Reynolds
Perdidas de energía en tuberías:
Qalim
Vop
tdesc
7.2m
3
hr=:=
v4Qalim
Di2
1.523m
s=:=
Rev Di
544.918=:=
hLtuberia fL
Di
v2
2g 3.766m=:=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 173
Calculo de bomba para los intercambiadores de calor.
Consideraciones:
25m3 a alimentar en 26 hrs.
Se propone un diámetro de tubería de un cuarto de pulgada para mantener la velocidad
en la tubería.
Las entradas de servicios auxiliares así como a la salida de los equipos son de 2 pulgadas.
Dtuberiasuccion 6.35 103-
=
Pérdida en accesorios
Válvulas
Válvula diafragma
LONGITUD EQUIVALENTE VALVULA compuerta totalmente abierta = 7
Codos
*LONGITUD EQUIVALENTE CODO 90° = 30
* PRINCIPIOS Y APLICACIONES DEL RIEGO ORSON W. ISRAELSEN, VAUGHN E. HANSEN 2A EDICION. REVERTE 1985. 396 PAGINAS
PERDIDA TOTAL
hLvalv f 7v
2
2g 0.072m=:=
hLcodo 4 f 30v
2
2g 1.232m=:=
hLtot hLtuberia hLvalv+ hLcodo+ 5.069m=:=
Dtuberiasuccion0.0254
4:=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 174
Se calcula el flujo de alimentación:
en m3/s.
Dada la configuración espacial en la distribución de lata se tiene:
en ft.
Y considerando que el tanque de succión esta a presión atmosférica (1kg/cm2) y la succión es
negativa y el biorreactor del proceso se encuentra a 2kg/cm2 se tiene:
succión
descarga
Dado que las buenas prácticas de manufactura en la industria farmacéutica recomiendo una
velocidad de 7-9 m/s en tuberías, se calcula la velocidad en la tubería.
en m/s
Se cumple con la recomendación, podemos pasar el cálculo de la cabeza de velocidad.
en m
Se trasforma en pies para la formula que posteriormente usaremos.
en ft
Se calcula
en ft
Qmed25
26 3600( ):=
Qmed 2.671 104-
=
P1 14.7-:= psi
P2 28.9:= psi
vmedQmed
4Dtuberiasuccion( )
2:=
vmed 8.434=
Hvvmed
2
2 9.81:=
Hv 3.625=
HvHv
.305:=
Hv 11.887=
P P22.31( ) P12.31( )-:=
P 100.716=
z 24.6:=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 175
Consideraciones para accesorios según bibliografía (mott):
Codos
Valvulas
"T"
Dada la configuración espacial se consideran los accesorios necesarios, y se calcula la cabeza de
fricción en la succión.
en ft
Se calcula la cabeza de fricción para la descarga.
en ft.
Se calcula la cabeza total de fricción
en ft
Se calcula la cabeza total.
en ft
k1 .75:=
nc 12:=
k2 .2:=
nv 2:=
k3 1.8:=
nt 1:=
Hfs Hv k1nc k2nv+ k3 nt+( ):=
Hfs 133.129=
Hfd
Qmed
4Dtuberiadescarga( )
2
2
2 9.81
.305.k1 4 .k2 3+ 50 .05+( ):=
Hfd 7.255 103-
=
Hf Hfs Hfd+:=
Hf 133.136=
Ht z P+ Hf+:=
Ht 258.452=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 176
Se hacen las conversiones necesarias para aplicar la regla heurística.
en m3/s
en gal/min
Se utiliza la regla heurística para el cálculo de la potencia en sistema ingles.
en HP
Como no es viable obtener una bomba de esa potencia se elige la primera bomba comercial de
potencia mayor, la cual es de ½ HP.
Qmed 2.671 104-
=
Qgal Qmed1000
3.784 60:=
Qgal 4.235=
PHt Qgal 1
.7 3.96 103
:=
P 0.395=
CÁLCULO DE POTENCIA DE BOMBA:
POTENCIA DE LA BOMBA
Caudal Qalim 7.2m
3
hr=:=
v1 0:= hliquido1 1.63m:=z1 0:=
z2 1.7m:= v2 v 1.523m
s=:=
Patm 1atm:=
P1 g hliquido1 Patm+ 1.166atm=:=
P2 1atm:=
hA
P2
z2+
v22
2 g+
P1
- z1-
v12
2 g- hLtot+ 5.257m=:=
Pa hA g Qalim
0.7 0.207hp=:=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 177
Pa 0.207hp=
P bomba hA hLtot- g 0.019bar=:=
Ha
Patm
9.84m=:= Hz 1.7- m:= L1 4m:=
Hf fL1
Di
v2
2g hLvalv+ f 30
v2
2g+ 1.384m=:=
Hvv
2
2 g0.118m=:=
Hvap
Pvap35
0.546m=:=
tubería válvula codo
Pvap35 0.0573kg
cm2
:=
HNPSH Ha Hz- Hf Hv- Hvap-+ 12.26m=:=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 178
4.7.1.1.6 CÁLCULO DE POTENCIA DE BOMBA L-222 (MÓDULOS)
Propiedades de la solución a trabajar:
Viscosidad: 0.120 Pa·s
Densidad: 1050 kg / m3
Peso especifico: 1.03 x 104 kg / m2·s2
hL fL
D
v2
2g:= f
La potencia de una bomba se calcula con la siguiente ecuación:
Donde: PA= Potencia requerida
hA= Energía que se agrega
Q= Flujo volumétrico
La ecuación general de energía es la siguiente:
Donde: ρ1,2 = Densidad del líquido en la primera y segunda sección
γ = Peso específico z1,2 = Altura del líquido en la primera y segunda sección
v1,2 = Velocidad de líquido en la primera y segunda sección
g = Aceleración de la gravedad hA = Energía agregada
hL = Pérdidas de energía
Para el cálculo de pérdidas de energía se utiliza la ecuación de Darcy:
A1
z1+
v12
2 g+ hA+ hL-:=
1B
2
z2+
v22
2 g+:=
2
PA
hA Q Ef
:=hA
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 179
Donde: f = Factor de fricción v = Velocidad D = Diámetro de la tubería L = Longitud de la corriente de flujo
La rugosidad del acero comercial es: 4.6x10-5 m
A la entrada del líquido en los módulos Acero Inoxidable cédula 40
Diámetro de las tuberías (se propone la velocidad de operación, mientras que el volumen y el tiempo de operación vienen dados de cálculos anteriores:
En base al Dint calculado, se busca una tubería en tablas que cumpla con ese requerimiento, encontrando que la tubería de 2" cumple:
Cálculo de flujos y velocidades en la tubería
tdesc 5min:=vel 2
m
s:= Vop 0.9m
3:=
aVop
tdesc
m3
hr=:= b
a
vel1.5 10
3 mm
2=:=
Dint4 b
1
2
43.702mm=:=
Dext 60.33mm:= L 15m:=Di 52.50mm:=
Qalim
Vop
tdesc
10.8m
3
hr=:=
v4Qalim
Di2
1.386m
s=:=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 180
f0.25
log1
3.7Di
5.74
Re0.9
+
20.081=:=
hLtuberia fL
Di
v2
2g 2.261m=:=
hLvalv f 7v
2
2g 0.269m=:=
Cálculo del número de Reynolds
Usando la ecuación para flujos turbulentos se calcula el factor de fricción:
Perdidas de energía en tuberías:
Pérdida en accesorios
Válvulas
Válvula diafragma
Rev Di
636.62=:=
Di
1.141 10
3=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 181
LONGITUD EQUIVALENTE VALVULA compuerta totalmente abierta = 7
Codos
*LONGITUD EQUIVALENTE CODO 90° = 30
* PRINCIPIOS Y APLICACIONES DEL RIEGO ORSON W. ISRAELSEN, VAUGHN E. HANSEN 2A EDICION. REVERTE 1985. 396 PAGINAS
PERDIDA TOTAL
CÁLCULO DE POTENCIA DE BOMBA:
POTENCIA DE LA BOMBA
hLcodo 4 f 30v
2
2g 0.95m=:=
hLtot hLtuberia hLvalv+ hLcodo+ 3.267m=:=
Caudal Qalim 10.8m
3
hr=:=
v1 0:= hliquido1 1.8m:=z1 0:=
z2 2m:= v2 v 1.386m
s=:=
Patm 1atm:=
P1 g hliquido1 Patm+ 1.183atm=:=
P2 1atm:=
hA
P2
z2+
v22
2 g+
P1
- z1-
v12
2 g- hLtot+ 3.565m=:=
Pa hA g Qalim
0.7 0.211hp=:=
Pa 0.211hp=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 182
P bomba hA hLtot- g 0.031bar=:=
Ha
Patm
9.84m=:= Hz 2- m:= L1 4m:=
Hf fL1
Di
v2
2g hLvalv+ f 30
v2
2g+ 0.896m=:=
Hvv
2
2 g0.098m=:=
Pvap35 0.0573kg
cm2
:=
Hvap
Pvap35
0.546m=:=
NPSHD HNPSH1.1 13.302m=:=
tubería válvula codo
HNPSH Ha Hz- Hf Hv- Hvap-+ 12.093m=:=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 183
4.7.1.1.7 CÁLCULO DE POTENCIA DE BOMBA L-211 (MÓDULOS)
Propiedades de la solución a trabajar:
Viscosidad: 0.120 Pa·s
Densidad: 1050 kg / m3
Peso especifico: 1.03 x 104 kg / m2·s2
La potencia de una bomba se calcula con la siguiente ecuación:
Donde: PA= Potencia requerida
hA= Energía que se agrega
Q= Flujo volumétrico
La ecuación general de energía es la siguiente:
Donde: ρ1,2 = Densidad del líquido en la primera y segunda sección
γ = Peso específico z1,2 = Altura del líquido en la primera y segunda sección
v1,2 = Velocidad de líquido en la primera y segunda sección
g = Aceleración de la gravedad hA = Energía agregada
hL = Pérdidas de energía
A1
z1+
v12
2 g+ hA+ hL-:=
1B
2
z2+
v22
2 g+:=
2
PA
hA Q Ef
:=hA
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 184
hL fL
D
v2
2g:= f
Para el cálculo de pérdidas de energía se utiliza la ecuación de Darcy:
Donde: f = Factor de fricción v = Velocidad D = Diámetro de la tubería L = Longitud de la corriente de flujo
La rugosidad del acero comercial es: 4.6x10-5 m
A la entrada del líquido en los módulos Acero Inoxidable cédula 40
Diámetro de las tuberías (se propone la velocidad de operación, mientras que el volumen y el tiempo de operación vienen dados de cálculos anteriores:
En base al Dint calculado, se busca una tubería en tablas que cumpla con ese requerimiento, encontrando que la tubería de 2 1/2" cumple:
vel 5m
s:= Vop 40.76m
3:= tdesc 60min:=
aVop
tdesc
40.76m
3
hr=:= b
a
vel2.264 10
3 mm
2=:=
Dint4 b
1
2
53.695mm=:=
Dext 70.03mm:=
Di 62.71mm:= L 10m:=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 185
Cálculo de flujos y velocidades en la tubería
Usando la ecuación para flujos turbulentos se calcula el factor de fricción:
Cálculo del número de Reynolds
Para tubería de 2 1/2"
Perdidas de energía en tuberías:
Pérdida en accesorios
Válvulas
Válvula diafragma
Qalim
Vop
tdesc
40.76m
3
hr=:=
v4Qalim
Di2
3.666m
s=:=
Rev Di
1.597 10
3=:=
Di
1.363 10
3=
f0.25
log1
3.7Di
5.74
Re0.9
+
20.056=:=
hLtuberia fL
Di
v2
2g 6.119m=:=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 186
LONGITUD EQUIVALENTE VALVULA compuerta totalmente abierta = 7
Codos
*LONGITUD EQUIVALENTE CODO 90° = 30
* PRINCIPIOS Y APLICACIONES DEL RIEGO ORSON W. ISRAELSEN, VAUGHN E. HANSEN 2A EDICION. REVERTE 1985. 396 PAGINAS
PERDIDA TOTAL
CÁLCULO DE POTENCIA DE BOMBA:
POTENCIA DE LA BOMBA
hLvalv f 7v
2
2g 0.269m=:=
hLcodo 5 f 30v
2
2g 5.756m=:=
hLtot hLtuberia hLvalv+ hLcodo+ 12.143m=:=
Caudal Qalim 40.76m
3
hr=:=
v1 0:= hliquido1 6.0m:=z1 0:=
z2 7.3m:= v2 v 3.666m
s=:=
Patm 1atm:=
P1 g hliquido1 Patm+ 1.621atm=:=
P2 1atm:=
hA
P2
z2+
v22
2 g+
P1
- z1-
v12
2 g- hLtot+ 14.128m=:=
Pa hA g Qalim
0.7 3.216hp=:=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 187
Pa 3.216hp=
P bomba hA hLtot- g 0.208bar=:=
Ha
Patm
9.656m=:= Hz 7.5- m:= L1 4m:=
Hf fL1
Di
v2
2g hLvalv+ f 30
v2
2g+ 3.867m=:=
Hvv
2
2 g0.685m=:=
HNPSH Ha Hz- Hf Hv- Hvap-+ 19.803m=:=
NPSHD HNPSH1.1 21.783m=:=
tubería válvula codo
Pvap35 0.0573kg
cm2
:=
Hvap
Pvap35
0.536m=:=
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 188
4.7.1.1.8 CÁLCULO DE POTENCIA DE BOMBA L-231/251/281/241/211/271 (COLUMNAS)
Propiedades de la solución a trabajar:
Viscosidad: 0.120 Pa·s
Densidad: 1050 kg / m3
Peso especifico: 1.03 x 104 kg / m2·s2
La potencia de una bomba se calcula con la siguiente ecuación:
Donde: PA= Potencia requerida
hA= Energía que se agrega
Q= Flujo volumétrico
La ecuación general de energía es la siguiente:
Donde: ρ1,2 = Densidad del líquido en la primera y segunda sección
γ = Peso específico z1,2 = Altura del líquido en la primera y segunda sección
v1,2 = Velocidad de líquido en la primera y segunda sección
g = Aceleración de la gravedad hA = Energía agregada
hL = Pérdidas de energía
A1
z1+
v12
2 g+ hA+ hL-:=
1B
2
z2+
v22
2 g+:=
2
PA
hA Q Ef
:=hA
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 189
hL fL
D
v2
2g:= f
vel 0.1m
s:=
Para el cálculo de pérdidas de energía se utiliza la ecuación de Darcy:
Donde: f = Factor de fricción v = Velocidad D = Diámetro de la tubería L = Longitud de la corriente de flujo
La rugosidad del acero comercial es: 4.6x10-5 m
A la entrada del líquido en los módulos Acero Inoxidable cédula 40
Diámetro de las tuberías (se propone la velocidad de operación, mientras que el volumen y el tiempo de operación vienen dados de cálculos anteriores:
En base al Dint calculado, se busca una tubería en tablas que cumpla con ese requerimiento, encontrando que la tubería de 1 1/4" cumple:
Vop 1.159m3
:=tdesc 240min:=
aVop
tdesc
0.29m
3
hr=:= b
a
vel804.861mm
2=:=
Dint4 b
1
2
32.012mm=:=
Di 35.05mm:= Dext 42.16mm:= L 15m:=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 190
Cálculo de flujos y velocidades en la tubería
Cálculo del número de Reynolds
Para tubería de 1 1/4"
Usando la ecuación para flujos turbulentos se calcula el factor de fricción:
Perdidas de energía en tuberías:
Qalim
Vop
tdesc
0.29m
3
hr=:=
v4Qalim
Di2
0.083m
s=:=
Rev Di
25.583=:=
Di
761.957=
f0.25
log1
3.7Di
5.74
Re0.9
+
20.97=:=
hLtuberia fL
Di
v2
2g 0.147m=:=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 191
hLcodo 3 f 30v
2
2g 0.031m=:=
hLtot hLtuberia hLvalv+ hLcodo+ 0.181m=:=
Pérdida en accesorios
Válvulas
Válvula diafragma
LONGITUD EQUIVALENTE VALVULA compuerta totalmente abierta = 7
Codos
*LONGITUD EQUIVALENTE CODO 90° = 30
* PRINCIPIOS Y APLICACIONES DEL RIEGO ORSON W. ISRAELSEN, VAUGHN E. HANSEN 2A EDICION. REVERTE 1985. 396 PAGINAS
PERDIDA TOTAL
CÁLCULO DE POTENCIA DE BOMBA:
v1 0:= hliquido1 1.4m:=z1 0:=
z2 1.5m:= v2 v 0.083m
s=:=
Patm 1atm:=
P1 g hliquido1 Patm+ 1.142atm=:=
P2 2atm:=
hA
P2
z2+
v22
2 g+
P1
- z1-
v12
2 g- hLtot+ 10.121m=:=
hLvalv f 7v
2
2g 2.408 10
3- m=:=
Caudal Qalim 0.29m
3
hr=:=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 192
Memoria de cálculo para bombas y tubería de la centrifuga
Calculo de tubería
Pa hA g Qalim
0.7 0.016hp=:= POTENCIA DE LA BOMBA
tubería válvula codo
o
Diámetro de las tuberías
A la entrada del líquido en los módulos Acedro Inoxidable cédula 40
Primera parte 1 1/2"
A = π*D^2/4 D = ((4*A)/π)^(1/2)
Ha
Patm
9.84m=:=
Hz 1.5m:=
vel 4.5m
s:=
Di 77.9mm:=
Dext 88.9mm:=
L 15.5m:=
Dint4 b
1
2
88.654mm=:=
L1 4m:=
Hf fL1
Di
v2
2g hLvalv+ f 3
v2
2g+ 0.043m=:=
Hvv
2
2 g3.548 10
4- m=:=
Pvap35 0.0573kg
cm2
:=
Hvap
Pvap35
0.546m=:=
HNPSH Ha Hz+ Hf+ Hv- Hvap- 10.837m=:=
NPSHD HNPSH1.1 11.921m=:=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 193
Calculo de bomba
Hfs Hv k1nc k2nv+ k3nt+( ):=
Hfs 376.654=
en m
en m en m3/s
en m
en ft
psi
psi
en m/s
en m
en ft
en ft
Codos
Valvulas
“T”
Ltuberia 20:=
Qmed6.25
3600( ):=
Dtuberiasuccion0.0508
4:=
Qmed 1.736 103-
=
Dtuberiadescarga 0.0381:=
z 8:=
1ft 0.305m=P1 15.22:=
P2 15.22:=
vmedQmed
4Dtuberiasuccion( )
2:= vmed 13.705=
Hvvmed
2
2 9.81:= Hv 9.573=
HvHv
.305:= Hv 31.388=
P P22.31( ) P12.31( )-:=
P 0=
k1 .75:= nc 12:=
k2 .2:= nv 6:=
k3 1.8:= nt 1:=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 194
Hfd
Qmed
4Dtuberiadescarga( )
2
2
2 9.81
.305.k1 2 .k2 2+
Ltuberia
.305.05+
:=
Qmed 1.736 103-
=
Qgal Qmed1000
3.784 60:=
Hf Hfs Hfd+:=
Hf 377.925=
Ht 385.925=
PHt Qgal 1
.7 3.96 103
:=
P 3.833=
en m3/s
en ft
en ft
en gal/min
en HP
Se elige una bomba de 5 de HP
Ht z P+ Hf+:=
Qgal 27.528=
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 195
4.7.1.1.9 CÁLCULO DE BOMBA PARA LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR
Calculo de bombas para los intercambiadores
Ltuberia 50:= en m
Qmed25
26 3600( ):=
Dtuberiasuccion0.0254
4:= en m
Qmed 2.671 104-
= en m3/s
Dtuberiadescarga 2 .0254:= en m
z 24.6:= en ft
1ft 0.305m=P1 14.7-:= psi
P2 28.9:= psi
vmedQmed
4Dtuberiasuccion( )
2:= vmed 8.434= en m/s
Hvvmed
2
2 9.81:= Hv 3.625= en m
HvHv
.305:= Hv 11.887= en ft
P P2 2.31( ) P1 2.31( )-:=
P 100.716= en ft
Codos k1 .75:= nc 12:=
Valvulas k2 .2:= nv 6:=
"T " k3 1.8:= nt 1:=
Hfs Hv k1 nc k2 nv+ k3 nt+( ):=
Hfs 142.638=
Hfd
Qmed
4Dtuberiadescarga( )
2
2
2 9.81
.305.k1 4 .k2 3+
Ltuberia
.305.05+
:=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 196
Calculo de bombas para los intercambiadores
Ltuberia 50:= en m
Qmed25
26 3600( ):=
Dtuberiasuccion0.0254
4:= en m
Qmed 2.671 104-
= en m3/s
Dtuberiadescarga 2 .0254:= en m
z 24.6:= en ft
1ft 0.305m=P1 14.7-:= psi
P2 28.9:= psi
vmedQmed
4Dtuberiasuccion( )
2:= vmed 8.434= en m/s
Hvvmed
2
2 9.81:= Hv 3.625= en m
HvHv
.305:= Hv 11.887= en ft
P P2 2.31( ) P1 2.31( )-:=
P 100.716= en ft
Codos k1 .75:= nc 12:=
Valvulas k2 .2:= nv 6:=
"T " k3 1.8:= nt 1:=
Hfs Hv k1 nc k2 nv+ k3 nt+( ):=
Hfs 142.638=
Hfd
Qmed
4Dtuberiadescarga( )
2
2
2 9.81
.305.k1 4 .k2 3+
Ltuberia
.305.05+
:=
Hf Hfs Hfd+:=
Qmed 2.671 104-
= en m3/s
Hf 142.662= en ft
Qgal Qmed1000
3.784 60:=
Ht z P+ Hf+:=
Ht 267.978= en ft Qgal 4.235= en gal/min
PHt Qgal 1
.7 3.96 103
:=
P 0.409= en HP
Se eleige una bomba de 1/2 de HP
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 197
4.7.1.2 CALCULO DE POTENCIAS DE MOTORES TANQUES
Para el cálculo de las potencias se usa la siguiente ecuación empírica
𝑃𝑜𝑡 = 𝑁𝑝 𝜌 ∙ 𝑁𝑖3 ∙ 𝐷𝑖5
𝐺𝑐 1.315𝑥10−7
Donde
Pot = potencia teórica, HP
= Densidad, g/cm3
Ni = velocidad de agitación, s-1
Di = Diámetro del impulsor, cm
Gc = Fuerza de la gravedad, 980 cm/s2
Las propiedades que se tomaron como invariables independientemente del proceso son las
siguiente; donde el número de potencia es 0.4 para propela marina, la densidad no se vario
aunque las densidades de los buffers son ligeramente diferente, y el factor de corrección tomando
en cuenta que no es un tanque estándar y que la altura del líquido es dos veces el diámetro del
tanque.
4.7.1.2.1 POTENCIA MOTOR N-080 PARA AGITAR TANQUE F-080
Propela marina Re>10^4
Np 0.4:=
Gc 980:=cm
s2
1.070:=g
cm3
fc 2( )
1
2
1.414=:=
Di1 78.9:= cm
N1200
603.333=:= s
1-
Pot1 Np N1
3 Di1
5
Gc
1.315107-
6.504=:= HP
Preal1 fc Pot1 9.198=:= HP
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 198
4.7.1.2.2 POTENCIA MOTOR N-110 PARA AGITAR TANQUE F-110
4.7.1.2.3 POTENCIA MOTOR N-210 PARA AGITAR TANQUE F-210
4.7.1.2.4 POTENCIA MOTOR N-221 PARA AGITAR TANQUE F-221
Di2 97.4:= cm
N2100
601.667=:= s
1-
Pot2 Np N2
3 Di2
5
Gc
1.315107-
2.331=:= HP
Preal2 fc Pot2 3.296=:= HP
Di3 90.4:= cm
N3100
601.667=:= s
1-
Pot3 Np N3
3 Di3
5
Gc
1.315107-
1.605=:= HP
Preal3 fc Pot3 2.27=:= HP
Di4 24.3:= cm
N4500
608.333=:= s
1-
Pot4 Np N4
3 Di4
5
Gc
1.315107-
0.282=:= HP
Preal4 fc Pot4 0.398=:= HP
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 199
4.7.1.2.5 POTENCIA MOTOR N-231 PARA AGITAR TANQUE F-231
4.7.1.2.6 POTENCIA MOTOR N-241 PARA AGITAR TANQUE F-241
Di5 21:= cm
N5500
608.333=:= s
1-
Pot5 Np N5
3 Di5
5
Gc
1.315107-
0.136=:= HP
Preal5 fc Pot5 0.192=:= HP
Di6 18.6:= cm
N6500
608.333=:= s
1-
Pot6 Np N6
3 Di6
5
Gc
1.315107-
0.074=:= HP
Preal6 fc Pot6 0.105=:= HP
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 200
4.7.2 DESCRIPCION DE LOS SISTEMAS DE CONTROL EN EL PROCESO
4.7.2.1 BIORREACTORES
En el proceso se emplean dos biorreactores de 50 m3 (M-100-A y M-100-B) los cuales están
controlados para mantener el pH adecuado alrededor de 5.5 a 6.0, con los cuales puede activar un
pulso para la bomba de ácido o de base correspondiente, y así hasta que sea estable y este en el
rango requerido.
El controlador nivel también es importante, se usa uno de bajo nivel para cuando se descargue el
biorreactor que apaga la bomba cuando se llega a la altura de la tapa, esto para evitar que la
bomba se dañe si llegara a extraer aire.
Otro de los parámetros importantes a controlar es la temperatura donde el sensor de temperatura
puede mandar una señal para permitir un mayor o menor flujo de agua de enfriamento si la
temperatura dentro del biorreactor es diferente a 35 ± 0.5 °C.
El indicador de oxígeno controla la entrada de aire al biorreactor, este puede aumentar o
disminuir si el indicar de oxígeno no es el indicado.
El indicador de presión solo es usado para monitorear la presión interna aunque esta no varía
mucho por el hecho de que existe un venteo por el cual sale el aire alimentado desde abajo para
proporcionar el oxígeno necesario.
4.7.2.2 TANQUE DE MEZCLADO
El tanque de mezclado tiene un controlador de pH esto para ajustar a al pH requerido en el medio
antes de ser alimentado (pH entre 5.5 y 6.0). Esto se logra accionando unas bombas para agregar
pulsos de baso o ácido al tanque.
La agitación no es necesario controlarla ya que solo es necesario para mezclarla.
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 201
4.7.2.3 TANQUES DE ALMACENAMIENTO
Los tanques de almacenamiento solo requieren controladores de nivel, ya que son usados en los
procesos de separación que el líquido contenido en ellos es succionado por una bomba para llevar
a cavo algún proceso específico, entonces este controlador actúa sobre la bomba que está
trabajando para pararla cuando se llegue al nivel de la tapa del tanque.
4.7.2.4 CENTRIFUGAS
La bomba (L-111) es la que proporciona el flujo de alimentación a las 8 centrifugas separadoras (D-
200-A, B,C,D,E,F,G y H), por medio de la línea 26 que posee un diámetro de 1.5 pulgadas, de acero
inoxidable 316L. Dicho flujo va a ser controlado por medio de una válvula automática de mariposa,
la cual está basada en la velocidad de flujo del caldo fermentado, la cual tiene que mantener un
flujo de aproximadamente 6.25m3/h, para que se lleve a cabo de manera adecuada la
centrifugación. Dicha línea también va a contar con un dos medidores, uno de presión y otro de
temperatura, los cuales se van a registrar en el panel de control.
Después del proceso vamos a tener dos salidas una para el filtrado, que va a ser por la línea 27 que
posee un diámetro de 3 pulgadas, de acero inoxidable 316L, la cual va a alimentar al siguiente
proceso y la otra líneas de salida es la 28, con un tamaño de 5 pulgadas la cual va a llevar todos los
desechos generados en el proceso, que en este caso es la biomasa de la fermentación.
4.7.2.5 INTERCAMBIADORES DE CALOR
Lazo de control en los intercambiadores de calor (Lazo de vapor).
A la salida de la tubería del medio precalentado (22) se encuentra el elemento primario de control
del lazo del vapor, en este proceso es fundamental el control de la temperatura y esta está dado
por los caudales de los servicios auxiliares en especifico de este caso, vapor.
A la salida el elemento primario (sensor) detecta la señal de manera electromagnética, la cual es
amplificada por el trasmisor, y es mandada al controlador indicador el cual se encuentra
regularmente en el tablero a la vista del operador; simultáneamente se puede activar una alarma
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 202
si es que la temperatura se encuentra fuera del intervalo de control; de ser así este manda una
señal eléctrica a un convertidor de señal que trasforma los pulsos eléctricos a señales neumáticas
para la abertura o cierre del elemento automático de la válvula en el caudal de vapor.
Controlando la temperatura de forma indirecta la temperatura, a través del caudal de vapor. Una
vez que la señal es detectada por el sensor como regular y dentro de los intervalos se repite el
ciclo pero esta vez la señal del controlador será para el cierre de la válvula automática.
4.7.2.6 MODULOS DE UF
En el diagrama DTI del proceso de producción de albúmina sérica humana recombinante se
emplean cuatro módulos de ultrafiltración. Cada módulo realiza la función de diafiltración
(eliminar impurezas) y concentración de la proteína de interés.
Los módulos están conectados a las columnas de cromatografía y al tanque que contiene la
solución a través de tuberías de acero inoxidable 316L de diferentes diámetros nominales (ver
diagrama DTI).
El circuito de control de cada uno de los equipos se localiza en la salida del concentrado. Comienza
por un elemento primario que mide la presión, este emite una señal eléctrica a un transmisor que
a su vez reenvía la señal a un controlador-indicador de presión, y, este envía la señal eléctrica a un
convertidor que convierte dicha señal en una señal neumática que tiene como destino final regular
el flujo salida del concentrado a través de una válvula controladora de presión. Al regular el flujo
de salida del concentrado, automáticamente se autorregula todo el sistema de entradas y salidas
del equipo y por tal motivo, no es necesario colocar otro sistema de control en el mismo.
Sin embargo, se deben colocar indicadores de presión y temperatura, tanto en la alimentación del
equipo, como en la salida de permeado y concentrado, a su vez, es necesario conocer el flujo a la
entrada del equipo, por tanto, también es recomendable colocar un indicador de flujo a la entrada
del equipo. Todo esto se hace porque, es necesario monitorear que las condiciones de operación
de los equipos se encuentran dentro de especificaciones.
Este mismo circuito de control es aplicado en cada uno de los módulos de ultrafiltración presentes
en el diagrama del proceso de producción.
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 203
4.8 DIAGRAMAS ISOMETRICOS DE LOS EQUIPOS DE PROCESO
4.8.1 TANQUES DE BALANCE
Figura 18. Isométricos de los tanques de mezclado F-080 (A), tanque de balance en el que se descarga el medio agotado F-110 (B) y tanque F-210 (C).
Figura 19. Isométrico de los tanque F-221 (A), F-231 (B) y F-241 (C).
A B C
A B C
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 204
4.8.2 FERMENTADORES
Figura 20. Isométrico de los biorreactores semilla M-090 (A) y de producción M-100 (B).
4.8.3 CENTRIFUGAS
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 205
Figura 21. Isométrico de las centrífugas usadas en el proceso.
4.8.4 INTERCAMBIADORES DE CALOR
Figura 22. Isométrico de los intercambiadores de calor.
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 206
4.8.5 MODULOS DE UF
Los módulos que se presentan son los D-212, D-233 y D-243.
Estos tres módulos de Ultrafiltración presentan las mismas dimensiones en altura y diámetro de
cada módulo, así como la misma medida de los diámetros en entrada y las salidas.
A continuación se muestra el esquema del diagrama isométrico 3D:
5 cm
Figura 23. Esquema 3D de los módulos de UF D-212, D-233 y D-243. En la figura (a) se observan las conexiones del
módulo a la bomba, manómetros, válvulas y tuberías. En la figura (b) se observan las dimensiones del cartucho de fibras
huecas.
A continuación se presenta el esquema isométrico para el módulo de UF D-223:
81 cm
3.8 cm
7.6 cm
(a) 16.8 cm
(b)
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 207
Figura 24. Esquema 3D del módulos de UF D-223. En la figura (a) se observan las conexiones del módulo a la bomba, manómetros, válvulas y tuberías. En la figura (b) se observan las dimensiones del cartucho.
4.9 HOJAS DE ESPECIFICACIONES DE LOS EQUIPOS DEL PROCESO
4.9.1 BIORREACTORES
ESPECIFICACIONES
DIMENSIÓN VALOR UNIDAD
Diámetro del biorreactor 1.55 m
NOMBRE Biorreactor tanque agitado M-090
USO Biorreactor semilla
SELLO Mecánico
FLUIDO Medio De cultivo
MATERIAL Acero inoxidable 304
TIPO DE PALETAS
Rushton
VOL. NOMINAL
6.67 m3
VOL. DE OPERACIÓN
5 m3
PRECIO $ 2,077,000.00
113 cm
3.81 cm
3.81 cm
(a)
(b)
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 208
Diámetro del biorreactor con chaqueta chaqueta
1.80 m
Altura del biorreactor 4.13 m
Altura de la tapa 0.40 m
Volumen de la tapa 0.44 m3
Número de impulsores 3 ----
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 209
ESPECIFICACIONES
DIMENSIÓN VALOR UNIDAD
Diámetro del biorreactor 3.30 m
Diámetro del biorreactor con chaqueta chaqueta
3.76 m
Altura del biorreactor 8.79 m
Altura de la tapa 0.85 m
Volumen de la tapa 4.35 m3
Número de impulsores 3 ----
NOMBRE Biorreactor tanque agitado M-100
USO Biorreactor de producción
SELLO Mecánico
FLUIDO Medio De cultivo
MATERIAL Acero inoxidable 304
TIPO DE PALETAS
Rushton
VOL. NOMINAL
66.7 m3
VOL. DE OPERACIÓN
50 m3
PRECIO $ 7,040,000.00
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 210
4.9.2 TANQUES
ESPECIFICACIONES
DIMENSIÓN VALOR UNIDAD
Diámetro del tanque 2.42 m
Altura del tanque 5.48 m
Altura de la tapa 0.82 m
Volumen de la tapa 1.16 m3
Número de impulsores 1 ----
NOMBRE Tanque de mezclado F-080
USO Mezclar los componentes del medio de cultivo
FLUIDO Medio De cultivo
MATERIAL Acero inoxidable 304
TIPO DE PALETAS
Propela marina
VOL. NOMINAL
31.25 m3
VOL. OPERACIÓN
25 m3
PRECIO $ 1,258,00.00
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 211
ESPECIFICACIONES
DIMENSIÓN VALOR UNIDAD
Diámetro del tanque 3.99 m
Altura del tanque 6.84 m
Altura de la tapa 0.97 m
Volumen de la tapa 2.18 m3
Número de impulsores 1 ----
NOMBRE Tanque de balance F-110
USO Recibir el medio agotado
FLUIDO Medio De cultivo agotado
MATERIAL Acero inoxidable 304
TIPO DE PALETAS
Propela marina
VOL. NOMINAL
58.82 m3
VOL. OPERACIÓN
50 m3
PRECIO $ 1,570,000.00
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 212
ESPECIFICACIONES
DIMENSIÓN VALOR UNIDAD
Diámetro del tanque 2.80 m
Altura del tanque 6.38 m
Altura de la tapa 0.94 m
Volumen de la tapa 1.74 m3
Número de impulsores 1 ----
NOMBRE Tanque de balance F-210
USO Recibir el medio filtrado de las centrífugas
FLUIDO Medio De cultivo agotado
MATERIAL Acero inoxidable 316
TIPO DE PALETAS
Propela marina
VOL. NOMINAL
47.06 m3
VOL. OPERACIÓN
40 m3
PRECIO $ 1,829,000.00
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 213
ESPECIFICACIONES
DIMENSIÓN VALOR UNIDAD
Diámetro del tanque 0.80 m
Altura del tanque 1.74 m
Altura de la tapa 0.283 m
Volumen de la tapa 0.034 m3
Número de impulsores 1 ----
NOMBRE Tanque de balance F-221
USO Recibir la proteína eluida
FLUIDO Buffer A
MATERIAL Acero inoxidable 316
TIPO DE PALETAS
Propela marina
VOL. NOMINAL
0.92 m3
VOL. OPERACIÓN
0.78 m3
PRECIO $ 461,500.00
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 214
ESPECIFICACIONES
DIMENSIÓN VALOR UNIDAD
Diámetro del tanque 0.69 m
Altura del tanque 1.49 m
Altura de la tapa 0.24 m
Volumen de la tapa 0.022 m3
Número de impulsores 1 ----
NOMBRE Tanque de balance F-231
USO Recibir proteína eluida
FLUIDO Buffer B
MATERIAL Acero inoxidable 316
TIPO DE PALETAS
Propela marina
VOL. NOMINAL
0.588 m3
VOL. OPERACIÓN
0.5 m3
PRECIO $ 393,900.00
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 215
ESPECIFICACIONES
DIMENSIÓN VALOR UNIDAD
Diámetro del tanque 0.60 m
Altura del tanque 1.33 m
Altura de la tapa 0.21 m
Volumen de la tapa 0.015 m3
Número de impulsores 1 ----
NOMBRE Tanque de balance F-241
USO Recibir proteína eluida
FLUIDO Buffer C
MATERIAL Acero inoxidable 316
TIPO DE PALETAS
Propela marina
VOL. NOMINAL
0.412 m3
VOL. OPERACIÓN
0.35 m3
PRECIO $ 348,400.00
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 216
4.9.3 CENTRÍFUGAS
HOJA DE ESPECIFICACIÓN DE EQUIPOS
Ficha Técnica de Diseño
Equipo: CENTRIFUGA SEPARADORA Diagrama del equipo Modelo: Westfalia SC-150
Código: D-200-(A, B, C, D, E, F, G y H).
Material de Elaboración: Acero inoxidable
Características del material: 316L electro pulido
Producto a trabajar: Caldo fermentado
Tipo de conexiones: Bridas westfalia
Medidores de: Presión, temperatura y flujo
Trabajo: Continuo
Funcionamiento: Automático
Innovaciones : -Tambor de platos autodeslodantes
COSTOS
SEPARMEX $4000000.00
CENTRIMAX $4800000.00
COMTEIFA $4160000.00
Especificación Valor Unidades
Altura total 1.978 m
Ancho total 1.706 m
Largo total 2.9 m
Numero de discos 80 N/A
Diámetro externo (RO) 0.3 m
Diámetro interno (RI) 0.09 m
Angulo de trabajo (Θ) 40 °
Velocidad de operación 350-4700 rpm
Capacidad de operación máximo 10 m3/h
Presión máxima de trabajo 4 atm
Eficiencia 80 %
Motor requerido 7.46 kW
Voltaje 250 volts
Peso 1200 kg
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 217
4.9.4 INTERCAMBIADORES DE CALOR
DIMENSION VALOR UNIDAD
A 837 mm
B 310 mm
C 590 mm
D 135 mm
E 132 mm
L2 250-1000 mm
Numero de Placas
Conexión 2 in
NOMBRE DEL EQUIPO: INTERCAMBIADOR DE CALOR F-082
CARACTERISTICA
MATERIAL ACERO INOXIDABLE
CEDULA 316
FLUJO MAXIMO 5m3
MARCA POLARIS
TEMPERATURA -20°C A 180°C
PRESION 0.25 BAR
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 218
DIMENSION VALOR UNIDAD
A 837 mm
B 310 mm
C 590 mm
D 135 mm
E 132 mm
L2 250-1000 mm
Numero de Placas
Conexión 2 in
NOMBRE DEL EQUIPO: INTERCAMBIADOR DE CALOR F-083
CARACTERISTICA
MATERIAL ACERO INOXIDABLE
CEDULA 316
FLUJO MAXIMO 5m3
MARCA POLARIS
TEMPERATURA -20°C A 180°C
PRESION 0.25 BAR
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 219
DIMENSION VALOR UNIDAD
A 837 mm
B 310 mm
C 590 mm
D 135 mm
E 132 mm
L2 250-1000 mm
Numero de Placas
Conexión 2 in
NOMBRE DEL EQUIPO: INTERCAMBIADOR DE CALOR F-084
CARACTERISTICA
MATERIAL ACERO INOXIDABLE
CEDULA 316
FLUJO MAXIMO 5m3
MARCA POLARIS
TEMPERATURA -20°C A 180°C
PRESION 0.25 BAR
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 220
4.9.5 MÓDULOS DE ULTRAFILTRACIÓN
HOJA DE ESPECIFICACIÓN MÓDULOS DE ULTRAFILTRACIÓN D-212, D-230 Y D-240
CARTUCHO DE FIBRAS HUECAS Zhejiang Runda Membrane Techmnology Co.,Ltd
UFaI4040 PRECIO 55-750 USD
ÁREA DE MEMBRANA 7-10 m2
MATERIAL DE MEMBRANA
PES
NMWC 50-100 kDalton
DIÁMETRO DE FIBRA 0.7 mm
CARCASA Y TAPAS EXTREMAS
U-PVC,ABS
ALTURA 101.6 cm
DIÁMETRO DE LUZ 10.0 cm
FLUJO 1500 L/h (25 °C/ 0.1 mPa)
CARCASA Y TAPAS EXTREMAS
U-PVC,ABS
RANGO DE pH PERMITIDO
1-14
PRESIÓN TRANSMEMBRANAL
< 0.3 mPa
TEMPERATURA DE OPERACIÓN
5-50 °C
FLUX DE DISEÑO 60-120 L/h m2
PRESIÓN DE ADMISIÓN RECOMENDADA
20-30 psi (1.4-2.1 bar)
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 221
HOJA DE ESPECIFICACIÓN MÓDULOS DE ULTRAFILTRACIÓN D-223
CARTUCHO DE FIBRAS HUECAS Process Scale CartridgesTM
UFP-500-E-75
Diseño sanitario para aplicaciones de miles de litros de producción. Carcasa de acero inoxidable 316 L. Diseño compacto.
ÁREA DE MEMBRANA 3.7 m2
CAPACIDAD + 500 L
NMWC 500000
DIÁMETRO DE FIBRA 1 mm
NÚMERO DE FIBRAS 1250
ALTURA 113 cm
DIÁMETRO DE LUZ 7.6 cm
VOLUMEN DE LUZ VACÍA 1170 mL
CONEXIONES AL PERMEADO
1.5 in
CONEXIONES AL FILTRADO
1.5 in
FLUJO DE ALIMENTACIÓN 60 L/min 120 L/min
PRESIÓN TRANSMEMBRANAL (agua, 20 °C)
5.2 psig 16 psig
MATERIAL PVDF (Polifluoruro de vinilideno)
Resistente a los ácidos minerales acuosos, álcalis y soluciones salinas. También son resistentes a la mayoría de los alcoholes e hidrocarburos alifáticos, así como, detergentes y aceites de hidrocarburos. Evitar: disolventes orgánicos polares como las cetonas, hidrocarburos clorados e hidrocarburos aromáticos.
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 222
HOJA DE ESPECIFICACIÓN MÓDULOS DE ULTRAFILTRACIÓN D-212, D-230 Y 2-240
CARTUCHO DE FIBRAS HUECAS ProCellTM
UFP-500-E-152-500K
Diseño sanitario para aplicaciones de miles de litros de producción. Carcasa de acero inoxidable 316 L. Diseño compacto.
ÁREA DE MEMBRANA 9 m2
CAPACIDAD + 500 L
NMWC 500000
DIÁMETRO DE FIBRA 1 mm
NÚMERO DE FIBRAS 5825
ALTURA 81 cm
DIÁMETRO DE LUZ 16.8 cm
CONEXIONES AL PERMEADO
1.5 in
CONEXIONES AL FILTRADO
2 in
FLUJO DE ALIMENTACIÓN 280 L/min 560 L/min
PRESIÓN TRANSMEMBRANAL (agua, 20 °C)
3 psig 9 psig
MATERIAL PVDF (Polifluoruro de vinilideno)
Resistente a los ácidos minerales acuosos, álcalis y soluciones salinas. También son resistentes a la mayoría de los alcoholes e hidrocarburos alifáticos, así como, detergentes y aceites de hidrocarburos. Evitar: disolventes orgánicos polares como las cetonas, hidrocarburos clorados e hidrocarburos aromáticos.
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 223
4.9.6 COLUMNA DE INTERCAMBIO IÓNICO
HOJA DE ESPECIFICACIÓN DE EQUIPOS
Ficha Técnica de Diseño
Equipo: COLUMNA DE INTERCAMBIO IÓNICO
Diagrama del equipo Modelo: L120C
Código: H-230
Material de Elaboración: Acero inoxidable
Producto a trabajar: HSAr concentrada
Tipo de conexiones: Bridas
Medidores de: Presión y temperatura
Trabajo: Continuo
Funcionamiento: Automático
COSTOS
GE Healthcare $ 16 822.3
Especificación Valor Unidades
Altura total 1.55 m
Ancho total 0.58 m
Tiempo de proceso 3 h
Volumen de operación 1.53 m3
Presión máxima de trabajo 7 bar
Eficiencia 80 %
Voltaje 230 volts
Peso 1100 kg
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 224
HOJA DE ESPECIFICACIÓN DE EQUIPOS
Ficha Técnica de Diseño
Equipo: COLUMNA DE INTERCAMBIO IÓNICO
Diagrama del equipo Modelo: L120C
Código: H-240
Material de Elaboración: Acero inoxidable
Producto a trabajar: HSAr concentrada
Tipo de conexiones: Bridas
Medidores de: Presión y temperatura
Trabajo: Continuo
Funcionamiento: Automático
COSTOS
Cole- Palmer US$ 12 584.0
Especificación Valor Unidades
Altura total 1.50 m
Ancho total 0.45 m
Tiempo de proceso 3 h
Volumen de operación 1.53 m3
Presión máxima de trabajo 7 bar
Eficiencia ¿? %
Voltaje 220 volts
Peso ¿? kg
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 225
HOJA DE ESPECIFICACIÓN DE EQUIPOS
Ficha Técnica de Diseño
Equipo: COLUMNA DE INTERCAMBIO IÓNICO
Diagrama del equipo Modelo: L120C
Código: H-220
Material de Elaboración: Acero inoxidable
Producto a trabajar: HSAr concentrada
Tipo de conexiones: Bridas
Medidores de: Presión y temperatura
Trabajo: Continuo
Funcionamiento: Automático
COSTOS
CALGON $ 20 767.4
Especificación Valor Unidades
Altura total 1.55 m
Ancho total 0.58 m
Tiempo de proceso 3 h
Volumen de operación 1.53 m3
Presión máxima de trabajo 7 bar
Eficiencia 80 %
Voltaje 230 volts
Peso 1100 kg
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 226
4.9.7 BOMBAS
ESPECIFICACIONES
DIMENSIÓN VALOR UNIDAD
Largo 41.5 cm
Ancho 24.0 cm
Alto 32.1 cm
Entrada 1 1/2 In
Salida 1 1/2 in
NOMBRE Bomba centrífuga L-090
USO Enfriamiento del biorreactor M-090
MODELO 3152MECW
SELLO Mecánico
FLUJO 6 m3/h
FLUIDO Agua de enfriamiento 10 °C
MATERIAL Hierro fundido
CAPACIDAD 1.5 HP
NPSHD 32 m
VOLTAJE 3 F, 240 V
PRECIO $ 6,600.00
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 227
ESPECIFICACIONES
DIMENSIÓN VALOR UNIDAD
Largo 57.9 cm
Ancho 34.0 cm
Alto 38.1 cm
Entrada 5 In
Salida 4 in
NOMBRE Bomba centrífuga L-100-A
USO Enfriamiento del biorreactor M-100
SELLO Mecánico
FLUJO 116 m3/h
FLUIDO Agua de enfriamiento 10°C
MATERIAL Hierro fundido
CAPACIDAD 7.5 HP
NPSHD 34 m
VOLTAJE 3 F, 240 V
PRECIO $ 12,030.00
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 228
ESPECIFICACIONES
DIMENSIÓN VALOR UNIDAD
Largo 59.3 cm
Ancho 34.0 cm
Alto 43.9 cm
Diámetro en la entrada
5 In
Diámetro en la salida 4 in
NOMBRE Bomba centrífuga L-100-B
SELLO Mecánico
FLUJO 100 m3/h
FLUIDO Medio de cultivo agotado
MATERIAL Acero inoxidable 304
CAPACIDAD 2 HP
NPSHD 19 m
VOLTAJE 3 F, 240 V
PRECIO $ 28,600.00
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 229
4.9.8 MOTORES
MOTOR N-080
USO Proporcionar agitación al tanque F-080
MARCA
NÚM. CAT. P21G7403
METERIAL Acero Y Hierro fundido
VELOCIDAD 1765 rpm
PESO 197 lb
Potencia 10 HP
VOLTAJE 230/460
AMPERES 24.6/12.3
FRECUENCIA 60 Hz
CORRIENTE 3 F
FACTOR DE SERVICIO
1.15
EFICIENCIA 91.7
FACTOR DE POTENCIA
82.7
PRECIO $ 1,420.00
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 230
MOTOR N-110
USO Proporcionar agitación al tanque F-110
MARCA
NÚM. CAT. VEM3665T
METERIAL Acero Y Hierro fundido
VELOCIDAD 1750 rpm
PESO 112 lb
Potencia 5 HP
VOLTAJE 208-230/460
AMPERES 13.8-13/6.5
FRECUENCIA 60 Hz
CORRIENTE 3 F
FACTOR DE SERVICIO
1.10
EFICIENCIA 90.2
FACTOR DE POTENCIA
80
PRECIO $ 1,020.00
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 231
MOTOR N-210
USO Proporcionar agitación al tanque F-210
MARCA
NÚM. CAT. VEM3665T
METERIAL Acero Y Hierro fundido
VELOCIDAD 1750 rpm
PESO 112 lb
Potencia 5 HP
VOLTAJE 208-230/460
AMPERES 13.8-13/6.5
FRECUENCIA 60 Hz
CORRIENTE 3 F
FACTOR DE SERVICIO
1.10
EFICIENCIA 90.2
FACTOR DE POTENCIA
80
PRECIO $ 1,020.00
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 232
MOTOR N-221
USO Proporcionar agitación al tanque F-221
MARCA
NÚM. CAT. VL5004A
METERIAL Acero Y Hierro fundido
VELOCIDAD 1725 rpm
PESO 36 lb
Potencia 0.5 HP
VOLTAJE 115/208-230
AMPERES 7.4/3.9-3.7
FRECUENCIA 60 Hz
CORRIENTE 1 F
FACTOR DE SERVICIO
1.00
EFICIENCIA 64
FACTOR DE POTENCIA
66
PRECIO $ 695.00
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 233
MOTOR
MOTOR N-231
USO Proporcionar agitación al tanque F-231
MARCA
NÚM. CAT. VL5004A
METERIAL Acero Y Hierro fundido
VELOCIDAD 1725 rpm
PESO 36 lb
Potencia 0.5 HP
VOLTAJE 115/208-230
AMPERES 7.4/3.9-3.7
FRECUENCIA 60 Hz
CORRIENTE 1 F
FACTOR DE SERVICIO
1.00
EFICIENCIA 64
FACTOR DE POTENCIA
66
PRECIO $ 695.00
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 234
MOTOR N-241
USO Proporcionar agitación al tanque F-241
MARCA
NÚM. CAT. L1203
METERIAL Acero Y Hierro fundido
VELOCIDAD 1725 rpm
PESO 19 lb
Potencia 0.25 HP
VOLTAJE 115/230
AMPERES 4.4/2.2
FRECUENCIA 60 Hz
CORRIENTE 1 F
FACTOR DE SERVICIO
1.35
EFICIENCIA 59.5
FACTOR DE POTENCIA
63
PRECIO $ 238.00
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 235
HOJA DE ESPECIFICACIÓN DE EQUIPOS
Ficha Técnica de Diseño
Equipo: BOMBA DESPLAZAMIENTO POSITIVO
Diagrama del equipo Modelo: JFPD-035-15
Código: L-231
Material: Acero inoxidable 316
Producto a trabajar: Buffer A,B,E, Agua.
Medidores de: Presión y temperatura
Trabajo: Continuo
Funcionamiento: Automático
COSTOS
Swagelok US$
Especificación Valor Unidades
Altura total 186 mm
Ancho total 150 mm
Tiempo de proceso 3 h
Volumen de operación 0.200 m3
Presión máxima de trabajo 7 bar
Voltaje 220 volts
Peso 17 kg
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 236
HOJA DE ESPECIFICACIÓN DE EQUIPOS
Ficha Técnica de Diseño
Equipo: BOMBA DESPLAZAMIENTO POSITIVO
Diagrama del equipo Modelo: JFPD-035-15
Código: L-232
Material de Elaboración: Acero inoxidable 316
Producto a trabajar: Buffer A,B,E, Agua.
Medidores de: Presión y temperatura
Trabajo: Continuo
Funcionamiento: Automático
COSTOS
Cole-Palmer US$ 369
Especificación Valor Unidades
Altura total 186 mm
Ancho total 150 mm
Tiempo de proceso 0.5 h
Volumen de operación 0.20 m3
Presión máxima de trabajo 6 bar
Voltaje 115 volts
Peso 7.8 kg
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
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HOJA DE ESPECIFICACIÓN DE EQUIPOS
Ficha Técnica de Diseño
Equipo: BOMBA DESPLAZAMIENTO POSITIVO
Diagrama del equipo Modelo: AccuLobe™ Multi-lobe
Código: L-232
Material de Elaboración: Acero inoxidable 316
Producto a trabajar: Buffer E,C, Agua.
Medidores de: Presión y temperatura
Trabajo: Continuo
Funcionamiento: Automático
COSTOS
Viking pump
Especificación Valor Unidades
Altura total 150 mm
Ancho total 114 mm
Tiempo de proceso 0.5 h
Volumen de operación 0.20 m3
Presión máxima de trabajo 7 bar
Voltaje 115 volts
Peso 9.5 kg
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4.10 HOJAS DE ESPECIFICACIÓN DE INSTRUMENTOS Y VÁLVULAS
4.10.1 CODOS
HOJA DE ESPECIFICACIÓN DE ACCESORIOS
Ficha Técnica de Diseño
Accesorio: CODOS
Diagrama del equipo Modelo: Estándar
Material de Elaboración: Acero inoxidable
Características del material: 316L electro pulido
Producto a trabajar: Caldo fermentado
Tipo de conexiones: Bridas
COSTOS
GRACIDA $368.oo
CONSTRUMATICA $1040.00
LAROX $560.00
Especificación Valor Unidades
Tamaño 1.5 in
Peso 0.3 kg
Temperatura de trabajo 3-250 °C
Presión máxima 10 atm
Valor de la A 0.07 m
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4.10.2 VÁLVULAS
HOJA DE ESPECIFICACIÓN DE ACCESORIOS
Ficha Técnica de Diseño
Accesorio: VÁLVULA AUTOMATICA DE MARIPOSA
Diagrama del equipo Modelo: Keystone 250
Material de Elaboración: Acero inoxidable
Características del material: 316L electro pulido
Producto a trabajar: Caldo fermentado
Tipo de conexiones: Bridas
Mide: Presión, temperatura
y flujo
Trabajo: Continuo
Funcionamiento: Automático
Actuador : Serie 257
Cabeza de control: Serie 783
COSTOS
GRACIDA $28800.oo
CONSTRUMATICA $32000.00
LAROX $40000.00
Especificación Valor Unidades
Tamaño 1.5 in
Peso de válvula 0.8 kg
Peso de actuador 1.2 kg
Temperatura de trabajo 5-100 °C
Presión máxima 10 atm
Ancho de la válvula 0.07 m
Altura de toda la válvula 0.3 m
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e
HOJA DE ESPECIFICACION DE VÁLVULA DE 1” OCUPADO COMO ACCESORIO PARA ENFRIAR EL
BIORREACTOR M-100
ESPECIFICACIONES
DIMENSION VALOR UNIDAD
DIÁMETRO 1” in
ALTURA 41 cm
LARGO 20 cm
NOMBRE DEL EQUIPO: Válvula de Globo
CARACTERISTICA CIERRE TOTAL
MATERIAL ACERO INOXIDABLE
CEDULA 304
MARCA KTM
PRECIO 24.51 ε
TAMAÑOS ½”- 8”
RANGO DE TEMPERATURA
100:1 -20°F – 518°F
VÁLVULA DE COMPUERTA
MATERIAL Acero al carbón
FLUIDO Agua de enfriamiento a 10°C
FLUJO 6 m/s
MARCA
PESO 18 kg
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 241
HOJA DE ESPECIFICACION DE VÁLVULA DE 5” OCUPADO COMO ACCESORIO EN BIORREACTOR M-
100
HOJA DE ESPECIFICACION DE VÁLVULA DE 5” OCUPADO COMO ACCESORIO PARA ENFRIAR EL
BIORREACTOR M-100
VÁLVULA DE COMPUERTA
MATERIAL Acero inoxidable 316
FLUIDO Medio de cultivo
MARCA
PESO 105 kg
ESPECIFICACIONES
DIMENSION VALOR UNIDAD
DIÁMETRO 5” in
ALTURA 75 cm
LARGO 40 cm
VÁLVULA DE COMPUERTA
MATERIAL Acero al carbón
FLUIDO Agua de enfriamiento a 10°C
MARCA
PESO 95 kg
ESPECIFICACIONES
DIMENSION VALOR UNIDAD
DIÁMETRO 5” in
ALTURA 75 cm
LARGO 40 cm
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 242
HOJA DE ESPECIFICACIÓN DE EQUIPOS
Ficha Técnica de Diseño
Equipo: VALVULA DE DIAFRAGMA 1 ¼ “
Diagrama del equipo Modelo: AD16DYMATRYX
Material de Elaboración: Acero inoxidable
Producto a trabajar: HSAr concentrada
Medidores de: Presión
Trabajo: Continuo
Funcionamiento: Automático
COSTOS
ASAHI AV US$
Especificación Valor Unidades
Altura total 161 mm
Ancho total 65 mm
Presión máxima de trabajo 5 bar
Peso ¿? kg
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 243
HOJA DE ESPECIFICACIÓN DE EQUIPOS
Ficha Técnica de Diseño
Equipo: VALVULA DE DIAFRAGMA 1 ¼”
Diagrama del equipo Modelo: Gemu 687
Material de Elaboración: Acero inoxidable
Producto a trabajar: HSAr concentrada
Medidores de: Presión
Trabajo: Continuo
Funcionamiento: Automático
COSTOS
GEMÜ US$
Especificación Valor Unidades
Altura total 153 mm
Ancho total 59 mm
Presión máxima de trabajo 5-6 bar
Peso ¿? kg
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4.10.3 ACTUADORES
HOJA DE ESPECIFICACION DE ACTUADORES
e
NOMBRE DEL EQUIPO: ACTUADOR ELÉCTRICO
CARACTERÍSTICA CONTROL
NEUMÁTICO
MATERIAL ACERO AL
CARBÓN
PLASTICO
MARCA KTM
PRECIO 52.30 ε
RANGO DE
AMPERAJE
4-20mA Hasta 15 psi
VOLTAJE 12-24 VDC 120-575VAC
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE SERVICIOS AUXILIARES 245
5 INGENIERÍA BÁSICA DE SERVICIOS AUXILIARES
5.1 ÁREA DE SERVICIOS AUXILIARES
5.1.1 REQUERIMIENTOS DE SERVICIOS E INSUMOS
Los requerimientos de servicios ya se han calculado con anterioridad en el apartado 4.4 Memoria
de cálculo del balance de materia y calor del proceso, incluyendo la cantidad de gas que se
requiere, mientras que el insumo de electricidad se han calculado a partir de la potencia que se
requiere para que cada equipo funcione y se desglosan de una mejor manera en el apartado de
servicios auxiliares del estudio de prefactibilidad económica.
Tabla 48. Requerimientos e insumos de los servicios auxiliares.
REQUERIMIENTOS INSUMOS
REQUERIMIENTO
Agua 28.57 m3/día
Vapor 7,569 kg/h
Aire 85 m3/min
Gas Natural 710 m3/h
Electricidad 554 kW/h
5.1.2 BALANCE DE MATERIA Y ENERGÍA
Estos se han presentado anteriormente en el apartado 4.4 balance de materia y energía que se
deben proporcionar en el proceso pero que también involucran la cantidad de agua y calor que se
requieren para mantener a una cierta temperatura los equipos.
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE SERVICIOS AUXILIARES 246
5.1.3 MOMORIA DE CÁLCULO DE LOS EQUIPOS
5.1.3.1 MÓDULOS DE OSMOSIS INVERSA
El equipo de osmosis inversa (OI) se usará para reducir la cantidad de sales del agua potable que
viene de la red comercial para que se use como agua de proceso en la planta. No es necesario que
se le dé un tratamiento de esterilización o eliminación de m.o. ya que no es necesario, porque por
ejemplo el agua que se usará para hacer el medio de cultivo vendrá del tratamiento con OI pero
aún así se esterilizará el medio.
Composición de agua potable según la NOM-127-SSA1-1994 para los límites máximos permisibles.
Tabla 49. Componentes y concentraciones máximas de sales en el agua potable basados en la NOM-127-SSA1-1994.
Componente Concentración (mg/L)
Cianuro (como CN-) 0.07
Cloruros (como Cl-) 250.00
Dureza total (como CaCO3) 500.00
Fluoruros (como F-) 1.50
Nitratos (como NO3-) 10.00
Nitrito (como NO2-) 0.05
Nitrógeno amoniacal (como N) 0.50
Sodio 200.00
Sulfatos (como SO4=) 400.00
La ecuación para calcular el flux del proceso es:
𝐽 = 𝐿𝑝 ∆𝑃 − 𝜍∆𝜋
Donde:
Lp = Coeficiente de permeabilidad
ΔP = Presión de alimentación
Π = Presión osmótica y
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE SERVICIOS AUXILIARES 247
ς = Coeficiente de rechazo (99.9%)
Para calcular Π se necesita la siguiente ecuación
𝜋 =𝑛
𝑉∙ 𝑅𝑇
Donde:
N = número de moles totales (kg mol)
V = volumen del disolvente (m3)
R = Constate de los gases (82.05x10-3 atm*m3/kg mol K)
T= Temperatura (K)
Condiciones que se deben considerar para tratar el agua
Volumen total a trata es de: Vop 220m3
:=
Temperatura de operación del proceso: Top 285.15K:=
Volumen que queda al final del proceso: Vconc 20 m
Precio Total por las 2 calderas $611,000.00 $562,600.00 $530,000.00
Periodo de Garantía 1 año 1 año 1 año
Plazo de Entrega 1 semana 2 semanas 2 semanas
Servicio Técnico Incluido Incluido Incluido
Forma de Pago 60% de contado pagos Pagos
Observaciones nuevas nuevas seminuevas
Condiciones de Calidad
Calidad del Producto Buena Buena Buena
El proveedor elegido será POWERMASTER puesto que ofrece un menor precio y vende un
producto de buena calidad.
El cuadro siguiente muestra la comparación del costo de los tanques suavisadores, con tres
proveedores: FLECK, WATER SOFTENERS y SOFT CLEAR.
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Tabla 62. Cuadro de adquisiciones para tanques suavizadores ocupados para la generación de vapor. TANQUES SUAVISADORES
Características Proveedor A Proveedor B Proveedor C
Nombre del proveedor FLECK WATER
SOFTENERS SOFT CLEAR
Precio Unitario con IVA $34,150.00 $39,500.00 $36,150.00
Descuento comercial 0% 0% 0%
Descuento por los 3 tanques 3% 3% 2%
Trasporte Incluido Incluido Incluido
Seguros Incluido Incluido Incluido
Precio Total por los 3 equipos $99,376.50 $114,945.00 $106,281.00
Periodo de Garantía 1 año 2 años 2 años
Plazo de Entrega 5 días 1 semana 4 días
Servicio Técnico Incluido Incluido Incluido
Forma de Pago Pagos Pagos Pagos
Observaciones nuevos nuevos Nuevos
Condiciones de Calidad
Calidad del Producto Buena Regular Buena
El proveedor elegido será FLECK puesto que ofrece un menor precio y vende un producto de
buena calidad.
El cuadro siguiente muestra la comparación del costo del tanque de gas, con tres proveedores:
INGUSA, TATSA y COBOS-CYTSA.
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Tabla 63. Cuadro de adquisiciones para el tanque. TANQUES DE GAS
Características Proveedor A Proveedor B Proveedor C
Nombre del proveedor INGUSA TATSA COBOS-CYTSA
Precio Unitario $9,900.00 $12,000.00 $11,600.00
Descuento comercial 0% 2% 1%
Transporte Incluido Incluido Incluido
Seguros Incluido Incluido Incluido
Precio Total $9,900.00 $11,760.00 $11,484.00
Periodo de Garantía 1 año 2 años 2 años
Plazo de Entrega 5 meses 3 meses 4 meses
Servicio Técnico Incluido Incluido Incluido
Forma de Pago De Contado De Contado De Contado
Observaciones
Condiciones de Calidad
Calidad del Producto Buena Muy buena Buena
El proveedor elegido será INGUSA puesto que ofrece un menor precio y vende un producto de
buena calidad.
El cuadro siguiente muestra la comparación del costo del sistema de almacenamiento de agua, con
tres proveedores: AQUA PURIFICACIÔN SYSTEM, FAM y ROTOPLAST.
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE SERVICIOS AUXILIARES 300
Tabla 64. Cuadro de adquisiciones para el sistema de almacenamiento del agua para la caldera. SISTEMA DE ALMACENAMIENTO DE AGUA (3 TANQUES DE 40m3, 3 BOMBAS DE 2 Hp, TUBERIA
Y VALVULAS)
Características Proveedor A Proveedor B Proveedor C
Nombre del proveedor AQUA PURIFICACIÓN SYSTEM FAM ROTOPLAST
Precio Sistema $56,000.00 $80,000.00 $75,000.00
Descuento comercial 0% 0% 0%
Descuento por todo 0% 0% 0%
Trasporte Incluido Incluido Incluido
Seguros Incluido Incluido Incluido
Precio Total $56,000.00 $80,000.00 $75,000.00
Periodo de Garantía 2 año 2 años 2 años
Plazo de Entrega 1 semana 1 semana 2 semanas
Servicio Técnico Incluido Incluido Incluido
Forma de Pago Pagos Pagos Pagos
Observaciones Empresa Confiable
Condiciones de Calidad
Calidad del Producto Regular Regular Regular
El proveedor elegido será AQUA PURIFICACIÓN SYSTEM puesto que ofrece un menor precio y
vende un producto de buena calidad.
El costo total del sistema de calderas será de: $695,276.50.
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE SERVICIOS AUXILIARES 301
5.4.2.4 CENTRÍFUGAS
En el cuadro siguiente se presenta la comparación con diferentes proveedores para adquirir las
centrífugas separadoras Westfalia SC-150.
Tabla 65. Cuadro de adquisición para centrífugas westfalia SC-150.
CENTRIFUGA SEPARADORA WESTFALIA SC-150
Características Proveedor A Proveedor B Proveedor C