Diagramas de Ingenieria

8/17/2019 Diagramas de Ingenieria

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Los diagramas ingenieriles son herramientas fundamentales para la comprensión y estudio de los diferentesprocesos de producción. En función del grado de desarrollo ingenieril y del avance del proyecto, se van generando

diferentes diagramas con diferentes complejidades y disponibilidad de información. Entre los diagramas más empleados

y desarrollados por los ingenieros químicos se encuentran:

1. Diagramas de Bloques

2. Diagramas de Flujo de Procesos (PFD’s)

3. Diagramas de Cañerías e Instrumentos (P&ID’s)

Los diagramas de bloques están formados exclusivamente por corrientes y bloques. Las corrientes son las líneas

de flujo entre bloques. Estas suelen marcar la dirección de flujo y normalmente van nombradas o enumeradas.

Los bloques por su parte son la abstracción de las unidades de procesos o conjunto de unidades que llevan a cabo

transformaciones en las corrientes.

Los diagramas de bloques tienen como objetivo brindar una visualización rápida del proceso con el fin de dar una

impresión informativa e introductoria al proyecto a evaluar. Por tal motivo no incluye servicios auxiliares, ni detalles

constructivos, pero los bloques pueden representar las formas reales del sistema. Es decir permiten comprender lacirculación general (entradas, orden de flujo, recirculaciones, by passes, escisiones, mezclas, salidas) del proceso

productivo. Estos tipos de diagramas tienen un uso extendido en la resolución de balances de materia y energía.

Pueden ir acompañados de una tabla de corrientes, o una descripción de las variables del proceso, a veces sobre

el diagrama.


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Etapa 2. Preparación de la alimentación

Usualmente es necesaria alguna purificación y preparación (acondicionamiento) de la materia prima paraalcanzar la debida forma en que debe ser alimentada al proceso. Generalmente esta etapa consiste en la remoción de

algunas impurezas que acompañan a la materia prima y llevarla a la fase y condiciones de presión y temperatura que

deben alimentarse al proceso.

Etapa 3. Reactor

La etapa de reacción es el corazón de un proceso químico de manufactura. En el reactor los materiales son

juntados bajo condiciones que promueven la formación del producto deseado. También, según el proceso, se forman en

esta etapa los subproductos, productos no deseados (impurezas) y permanece algo de material sin reaccionar.

Etapa 4. Separación del producto

En esta primera etapa después del reactor, los productos y subproductos son separados de cualquier material no

reaccionado. Si existe cantidad suficiente de material no reaccionado, se deberá reciclar al reactor. Ellos pueden ser

retornados directamente al reactor o a la etapa de purificación y preparación de la alimentación. Los subproductos

también pueden separarse de los productos en esta etapa,

Etapa 5. Purificación

Antes de ser vendidos, la mayoría de productos usualmente necesitan ser purificados para conseguir las

especificaciones del producto. Si los subproductos son producidos en cantidades económicas, también deben ser

purificados para la venta.

Etapa 6. Almacenamiento de producto.

Alguna diferencia entre la cantidad de producto elaborado y la cantidad vendida siempre se presenta en laoperación de un proceso. Esta cantidad también se presenta antes del transporte del producto hacia los centros de

distribución. Por lo tanto se deben considerar las facilidades de almacenamiento de productos y subproductos. Los

equipos de almacenamiento dependen de las características del producto y subproductos.


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Para facilitar el procedimiento de diseño, es ideal la planificación y esta es ayudada por el desarrollo del Diagramade Flujo del Proceso (PFD´s). El PFD describe la ruta del proceso, mostrando los flujos de material y energía entre

aquellas unidades de proceso que constituyen la planta.

Después de haber concebido, definido y asignado el problema, la solución del mismo rara vez es obvia.

Frecuentemente hay numerosas posibilidades y suposiciones potenciales. Aún con esta incertidumbre, en general es

posible determinar un diagrama de flujo, esto conduce a suposiciones que pueden reducir la complejidad del problema.

Al efectuar los balances de materia y energía, a menudo, se exponen las variables más importantes del proceso. Es una

manera eficiente de familiarizarse con el proceso. Se identifica donde falta información. Si se efectúa y termina

adecuadamente el diagrama de flujo contendrá los datos necesarios para el diseño de partes individuales de equipo. En

general aunque se modifiquen después, es relativamente fácil corregirlo y repetir los cálculos de diseño. Cuando los

estudiantes no sepan por donde un nuevo proyecto, se les aconseja comenzar por el diagrama de flujo, con la confianza

de que por medio de este ejercicio se evaluará un método potencialmente fructífero. La mecánica de la preparación del

diagrama de flujo se describe más adelante.

Preparación del Diagrama de Flujo

Este capítulo abarca la preparación y presentación del diagrama de flujo del proceso (PFD) (“flow sheet”). El PFD

es el documento clave en el diseño de procesos, el ingeniero químico usa los diagramas de flujo para mostrar lasecuencia de los equipos y las unidades de proceso, las conexiones de las corrientes, cantidad y composición de las

corrientes, y las condiciones de operación. Es un modelo gráfico del proceso que:

1. Define la tarea/rol y las condiciones de operación de cada sección o unidad en la línea de proceso.

2. Da una visión total de la ruta del proceso.

3. Permite una visión en la operatividad global del proceso.

4. Proporciona una valoración inicial de fuentes potenciales de riesgos.

5. Forma las plantillas para los subsecuentes balances de materia y energía.

El diagrama de flujo debe ser usado por los grupos especialistas de diseño como base para sus diseños. Un PFD

bien preparado simplifica el diseño de las unidades de proceso y permite valoración más exacta de la viabilidad global de

la planta.


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3. Las corrientes de servicios que se suministran a los equipos principales o que brindan una función en el

proceso pueden representarse en conjunto con la información neta de proceso, o puede crearse un

diagrama de flujo de servicios auxiliares, SFD (Service Flowsheet Diagram), tales como vapor,condensado, agua de enfriamiento, agua de calefacción, aire comprimido, aire de instrumentos, gases

inertes, agua de incendio, agua filtrada para limpieza, etc. Estos diagramas son recomendables porque

no ensucian el diagrama de flujo de procesos principal y permiten mejor detalle de servicios auxiliares.

4. Lazos de control básicos, que ilustren la estrategia de control usada para que el proceso opere dentro de

condiciones normales.

5. Válvulas principales de control.

6. Tablas de Balance de masa y energía de proceso. Las características de las corrientes de alimentación,

intermedias, reciclos y productos acabados se resumen en una tabla ubicada en la zona inferior del

plano. La tabla contiene parte de los datos de proceso tales como: Número de la corriente

Descripción de la corriente (ej. crudo de alimentación)

Proveniencia y destino de la corriente

Componentes de las corrientes.

Flujo másico, flujo volumétrico y/o flujo molar.

Fracción Másica o Molar

Temperatura de operación

Presión de operación Densidad o gravedad específica

Viscosidad absoluta

Estado físico.

7. Tablas de Balance de masa y energía de servicios auxiliares. Idem anterior.

Los datos de la tabla pueden variar de acuerdo al tipo de proceso. Es potestad del Ingeniero de proceso, previa

aprobación del Manager del Proyecto, añadir o eliminar datos a fin de suministrar la información más relevante para el

proceso que se está diseñando.

8. La identificación del equipo se escribe en la zona superior del plano y alineada verticalmente con el

mismo. Generalmente las bombas y compresores se muestran en línea, a lo largo de la cuarta inferior del

plano. La identificación de estos equipos se escribe en la zona inferior o adyacente al símbolo del equipo.

Otros equipos deben ser colocados como mejor representen la intención del proceso, esto es, los

condensadores aéreos son situados generalmente encima del tambor de reflujo los rehervidores se


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Presentación del Diagrama de Flujo

A medida que el diagrama de flujo sea el documento definitivo del proceso, la presentación debe ser clara,comprensible, precisa y completa. Hay normalmente dos fases al desarrollar el PFD, estas son: especificaciones

operacionales y especificaciones funcionales.

Aquí, se elige las secciones del proceso que se necesitaría fabricar el producto. Típicamente, una planta propuesta

es dividida en las secciones siguientes:

1. Almacenamiento de materia prima

2. Preparación de la alimentación

3. Reacción

4. Separación5. Purificación

6. Efluentes y tratamiento de los residuos

7. Envasado y almacenamiento de producto

En la mayoría de los casos, las secciones requeridas serán dictadas por la ruta del proceso escogido. Es durante

esta fase del diseño que debe alertarse de:

Donde se requieren los reciclos para minimizar las pérdidas Tratamiento de materiales y requerimientos de transporte, y

Donde tienen que ser instalados los sistemas de contención de pérdida

La secuencia de los principales “ítems” de equipo mostrados simbólicamente en el diagrama de flujo se hace

sobre la base de una distribución de planta propuesta. Algunas libertades pueden tomarse en la colocación de los

“ítems” auxiliares, tales como intercambiadores de calor y bombas. Pero el objetivo debe ser mostrar el flujo de

materiales de etapa a etapa como ocurrirá y para dar una impresión general de la distribución de la planta de proceso.

El equipo no debe dibujarse a escala. Para un proceso complejo con muchas unidades de proceso, pueden ser

necesarias varias hojas, en este caso debe mostrarse claramente la continuación de las corrientes de proceso de unahoja a otra. En la parte inferior debe colocarse una tabla con el balance de materiales, por cada componente y total para

cada línea de proceso. Las líneas de corriente deben identificarse ya sea por una letra o un número; en ambos casos

debe colocarse consecutivamente de izquierda a derecha; de tal manera que cuando se lea el diagrama de flujo se pueda


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Identificación de equipos

Cada pieza de equipo mostrada en el diagrama de flujo debe ser identificada con un número de código y nombre.

El número de identificación (usualmente una letra y algunos dígitos) será asignado normalmente a una pieza particular

de equipo como parte del proceso de control general del proyecto, y serán usados para identificarlos en todos los

documentos del proyecto.

Si el diagrama de flujo no es parte de la documentación para un proyecto, entonces un simple, pero consistente

código de identificación puede ser ideado. La forma más fácil es una letra inicial para identificar el tipo de equipo,

seguida por 2 dígitos para identificar la sección, seguida por 2 dígitos para identificar la unidad particular.

Clase de

IdentificaciónEquipo Descripción

A Equipos de MezclaAgitadores, Aireadores, Mezcladores

Mecánicos, Mezcladores Estáticos

B SopladoresSopladores, Ventiladores, Centrífugos, de

Desplazamiento Positivo.

C Compresores

Centrífugos, Reciprocantes, De Tornillo, De

Vacío.

D Mandos Mecánicos

Motores eléctricos, Motores Neumáticos,

Motores Diesel, Turbinas de Vapor y

Turbinas de Gas

E Intercambiadores de Calor

Intercambiadores bajo fuego,

Condensadores, Enfriadores, Rehervidores,

Vaporizadores, Evaporadores, Serpentinas

de Calefacción, Intercambiadores de DobleTubo, Intercambiadores tipo espiral,

Intercambiadores de tubo y coraza,

Intercambiadores de placas,


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M Molinos y TamicesEquipos de Molienda y Separación de

Partículas

J Eyectores

S Silos y Almacenaje

Por ejemplo, el equipo T-12117, determina de que el equipo es una torre o una columna que se encuentra en la

sección 12 de la planta, en la línea de producción n°1 y es el equipo número 17 de la sección. Ver anexos.

A continuación se ejemplifica un diagrama de flujo de proceso:


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Un diagrama de tuberías e instrumentación (DTI) también conocido del idioma inglés como Piping andInstrumentation Diagram (P&ID) es un diagrama que muestra el flujo del proceso en las tuberías, así como los equipos

instalados y el instrumental, y está definido por el Instituto de Instrumentación y Control de la siguiente manera:

1. Un diagrama que muestra la interconexión de equipos de proceso e instrumentos utilizados para controlar

el proceso. En la industria de procesos, un conjunto estándar de símbolos se utiliza para preparar los

dibujos de los procesos. El instrumento de símbolos utilizados en estos dibujos se basa generalmente en

Sistemas de Instrumentación y Automatización de la sociedad (ISA) Norma S5. 1.

2. El principal esquema utilizado para la colocación de un proceso de control de la instalación.

Los P&ID’s desempeñan un papel importante en el mantenimiento y modificación del proceso que describen. Es

fundamental para demostrar la secuencia física de los equipos y sistemas, así como la forma en que estos sistemas se

conectan. Durante la etapa de diseño, el esquema también proporciona la base para el desarrollo de sistemas de control

del sistema, lo que permite aumentar la seguridad operacional y las investigaciones, como los estudios de peligros y

operatividad (HAZOP).

Para las instalaciones de procesamiento, es una representación pictórica de:

a) Instrumentos clave de las tuberías y los detalles

b) Control y sistemas de cierre

c) Seguridad y los requisitos reglamentarios

d) Puesta en marcha e información operativa

Contenido del P&ID’s:

a) Instrumentación y denominación.

b) Equipo mecánico con nombres y tag.

c) Todas las válvulas y sus identificaciones.


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Las listas informativas son documentos complementarios a los diagramas de flujo y diagramas de cañerías e

instrumentos que permiten de manera rápida y certera, identificar, cuantificar y localizar los equipos, instrumentos,líneas, conexiones, etc. presentes en el proyecto de planta. Las listas comúnmente elaboradas son:

1. Lista de Equipos

2. Lista de Líneas

3. Lista de Instrumentos

4. Lista de Válvulas

5. Lista de Tie-Ins

La lista de equipos reúne toda la información de los equipos intervinientes en la planta, desde su área de

ubicación, nombre, descripción funcional, condiciones operativas, dimensiones del mismo, potencia (en el caso de que

consuma energía), etc.

La lista de líneas, al igual que la lista de equipos conyuga los datos de las cañerías que interconectan las

operaciones unitarias del proceso. En las mismas se detalla el área, fluido que circula por las mismas, diámetros de

cañerías, clases de cañerías, aislaciones, materiales de las cañerías e aislaciones, espesores de aislación, etc.

Las listas de instrumentos, son listas complementarias que logran una percepción rápida de cuantificación de

instrumentación y control de la planta. Cuanto más grande sea esta lista más automatizada será la planta. Esta lista

muestra información relevante de electricidad e instrumentación, tal como elementos de medición, transmisores,

controladores, reguladores, registradores, indicadores, switches eléctricos, PLC’s, y tiene como principal objetivo hacer

de base para la futura generación de hojas de especificación de instrumentos con las cuales el responsable de selecciónde instrumentación pueda pedir cotizaciones de precios de los mismos. Desde el punto de vista de procesos, estas listas

poseen la información de las líneas y/equipos donde estos equipos van a instalarse (ej. Un caudalímetro), con lo cual

será necesario e indispensable que las mismas cuenten con valores de flujo másico, temperaturas, presiones, densidades

y viscosidades, suelen también solicitarse valores de pH, conductividad, concentración en casos en que se requieran.

Las listas de Tie-Ins solo son utilizadas en el caso de ampliaciones de plantas existentes. Los Tie-Ins son los puntos

de conexión donde la ampliación o parte nueva de la planta va a conectarse a la parte existente. Los tie-Ins suelen

simbolizarse con un hexágono y un número de codificación prefijado.

Las listas de válvulas, son un complemento de las listas de equipos e instrumentos. En ellas se identifica las

válvulas de control, válvulas de bloqueo, de retención, válvulas auto comandadas, manuales, etc, y especifica el CV, trim,material, diámetro, descripción y utilidad.

Todas las listas mencionadas deben contener la información de equipos, líneas, válvulas, instrumentos y Tie-Ins

de proceso y de utilities.

A ti ió t j l d l f t d d d l li t i d


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HOJA: 1 de 1

REV: APROYECTO

T

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A

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Lí

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N° TAG NOMBRE DEL EQUIPO Función Dimensiones Potencia [HP O

KW]

Alimentación

Electrica R PM D ef in ici ón $ P ro ve e R es po nsa bl e

1 T EX 1 0 9 6 096 T-EX1096 Crude Oil Dryer - Planta 1

XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

LISTADO DE EQUIPOS

CARRERA:

CÁTEDRA:

TITULO:

Ingeniería Química

Integración V - Proyecto Final

EXTREMIDADESSERVICIO LOCALIZACIÓN CONDICIONES DEL FLUIDO

O PE RA CI ÓN D IS EÑ O EVENTUALIDENTIFICACIÓN DE LINEAS AISLACIÓN

R R N E


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(mm) (mm)

1 EX1011-P-9-6"-CS-C2G B 6' ' P E X1 01 1 0 09 C2 G CS PP 1 ,5' ' CG Cr ud e O il A ce it e C ru do D esc ar ga do d el S tri pp er L E X10 11 -P -0 13 -6" -CS -C 2G P D16 0-E X1 01 1/ PD 160- EX10 25 1 052 - - -" - -

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DIAGRAMAREVISIÓN S

LVG

PS

FLUIDOCLASE

DESCRIPCIÓN

TEMP.LIMP

VAPORºC

NOTASDIÁMETRONOMINAL

in FLUIDO

(SIMB.)

ÁREA Nº DE

ORDEN

MATERIAL

PRESIÓNDE PRUEBA

kgf/cm2DE HASTA

TEMP.ºC

PRESIÓN

kgf/cm2

DENSIDAD

kg/m3 TEMP.

ºCPRESIÓN

kgf/cm2TEMP.

ºCPRESIÓN

kgf/cm2 (1)

T-EX1096

ESPESOR

CÓDIGO

DE

AISLACIÓN

ESPESOR

DE

AISLACIÓN

MATERIALDE

AISLACIÓN

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CARRERA:Ingeniería Química

COMENTARIOSLEYENDA REV. A

:CÁTEDRA:

PROYECTO

TITULO:

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Integración V - Proyecto Final HOJA:

1 de 2


CAÑERÍAS - LISTADO DE LÍNEAS


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TAG DESCRIPCIÓN LÍNEA O EQUIPO PFD / P&ID SERVICIO Nombre Nº Corriente Valv. Control Caudal Max Caudal Oper Presion Temperatura Marca Provee Responsable

XS LE7001 CONTACTO AUXILIAR E-12104 PD160-LE7001A ESTADO DE MOTOR SOPLADOR

A

HOJA:

1 de 2CÁTEDRA: Integración V - Proyecto Final

CARRERA:

PROYECTO

TITULO:



LISTADO DE INSTRUMENTOS

REV.


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HOJA: 1 de 1

REV: APROYECTO

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N° TAG Nombre Posición SET Actuador Dimensiones Definición Trim Material Provee Responsable


LISTADO DE VALVULAS

CARRERA:

CÁTEDRA:

TITULO:


Integración V - Proyecto Final

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