Ingeniería de Procesos

Slide 1: 5. Diagramas P&I

Slide 2: Muestra el arreglo de los equipos de procesos, tuberías, bombas, instrumentos, válvulas y otros accesorios. Esto debería incluir: 1. Todos los equipos identificados por un número. 2. Todas las tuberías, identificadas por un número. El material puede ser incluido como parte del número de identificación. 3. Todas las válvulas, válvulas de bloque y control, con un número de identificación. El tipo de válvula puede ser indicado por el símbolo utilizado para la válvula o incluida en el código para la válvula. 4. Accesorios auxiliares que son parte del sistema de tuberías, con un número de identificación. 5. Bombas, identificados con un número de código. 6. Todos los ciclos de control e instrumentos, con un número de identificación.

Slide 3: Símbolos básicos Válvulas de control Cerrada en falla

Slide 4: Instrumentos y Controladores

Slide 5: La primera letra indica la propiedad o variable medida; por ejemplo, F=flujo. Las letras subsecuentes indican la función; por ejemplo, I = indicador RC = controlador grabador Las líneas de instrumentación deben ser diferenciadas de las líneas de proceso. Por ejemplo para un ciclo de control,

Slide 6: Selección de válvulas 1. Válvulas para bloqueo 2. Válvulas de control Válvula de compuerta Válvula de macho (Gate Valve) (Plug Valve)

Slide 7: Válvula de globo (Globe Valve) Válvula de bola (Ball Valve)

Slide 8: Válvula de diafragma (Diaphragm valve) Válvulas de retención (Check valve) Válvulas de mariposa (Butterfly valve)

Slide 9: Selección de bombas 1. Bombas dinámicas, por ejemplo las bombas centrífugas. 2. Bombas de desplazamiento positivo, tales como las bombas de diafragma y las bombas reciprocantes.

Slide 11: Las bombas centrífugas son caracterizadas por su velocidad específica,

Slide 12: Caídas de presión en sistemas de tuberías

Slide 14: Para flujo laminar, Para flujo turbulento,

Slide 15: Caídas de presión misceláneas Las caídas de presión pueden ser calculadas mediante dos métodos, 1. Número de cabezas de velocidad (K). Una cabeza de velocidad es igual a (u2/2·g m de fluido). El número total de cabezas de velocidad debidos a accesorios, se añade a la caída de presión debido a la fricción del tubo. 2. Número de diámetros de tubería equivalente. La longitud adicional (diámetros equivalentes x diámetro de la tubería) se añade a la longitud actual de la tubería.

Slide 17: Ejercicio 5.1 Una línea de flujo que conecta dos tanques contiene 6 codos estándar de 90º, una válvula de macho totalmente abierta, y dos válvulas de compuerta abiertas a la mitad. La línea de tuberías es de acero comercial, 25 mm de diámetro interno, y longitud 200 m. Las propiedades del fluido son: viscosidad 0.99 mNM-2s, densidad 998 kg/h. Calcular la caída de presión total debido a la fricción cuando la velocidad de flujo es de 3800 kg/h.

Slide 18: Requerimientos de energía

Slide 20: Ejercicio 5.2 Se transporta un fluido a través de una línea de tubería de acero comercial, de 1000 m de longitud y 225 mm de diámetro interno. Las pérdidas misceláneas suman la cantidad de 700 diámetros de tubería equivalentes. El nivel máximo de líquido en el tanque de almacenamiento está 50 m sobre el nivel más bajo en los tanques de descarga. El tanque de descarga se mantiene a 1.05 bar. El tanque de almacenamiento se mantiene a 1.1 bar. Estimar la potencia requerida para la bomba que transporta el líquido desde el tanque de descarga (Se descargan 1000 toneladas en 5 horas) al tanque de almacenamiento. La eficiencia de la bomba es 70%. Las propiedades físicas del fluido son: densidad 874 kg/m3, viscosidad 0.62 mNm-2s.

Slide 21: Curvas características para bombas centrífuga

Slide 22: Ejercicio 5.3 Un líquido es bombeado desde un tanque de almacenamiento hasta una columna de destilación, usando una bomba centrífuga. La tubería es de acero comercial, tiene 80 mm de diámetro interno nominal y 100 m de longitud. Las pérdidas misceláneas son equivalentes a 500 diámetros equivalentes. El tanque de almacenamiento opera a la presión atmosférica y la columna a 1.7 bara. El nivel de líquido más bajo en el tanque será 1.5 m sobre la entrada a la bomba y el punto de alimentación a la columna es 3 m por encima de la entrada a la bomba. Grafique la curva del sistema sobre la curva característica de la bomba y determine el punto de operación y eficiencia de la bomba. Las propiedades del fluido son: densidad 900 kg/m3, viscosidad 1.36 mNm-2s. Bomba Cabeza de Tasa de flujo Eficiencia (m3/h) líquido (m) 19 35 77 18 40 79 17 44 80 16 48 79 14 53 77

Slide 23: Cabeza de succión neta positiva

Slide 24: Ejercicio 5.4 Cloro líquido es descargado en un tanque de almacenamiento. Para proveer la NPSH necesaria, la bomba es colocada bajo el nivel del suelo. Dada la siguiente información, calcule la NPSH disponible en la entrada de la bomba, para una velocidad de flujo máximo de 16000 kg/h. La longitud total de tuberías desde el tanque de salida a la entrada de la bomba es 50 m. La distancia vertical desde el tanque de salida a la bomba es de 12 m. Se utiliza tuberías de acero comercial de 50 mm de diámetro interno. Las pérdidas misceláneas son 900 diámetros equivalentes. La presión de vapor del cloro es 685 kN/m2, y su densidad y viscosidad 1286 kg/m3 y 0.364 mNm-2. La presión en el tanque es de 7 bar.

Slide 25: Sistemas de control típicos Control de nivel Control de presión

Slide 26: Control de flujo

Slide 27: Intercambiadores de calor

Slide 28: Vaporizador Control de razón

Slide 29: Columnas de destilación

Slide 30: Reactores

Slide 31: 6. Costos y evaluación del proyecto

Slide 32: De acuerdo a su precisión y propósito, puede ser de tres tipos, - Preliminar (Precisión +- 30%) - Autorización de fondos (Precisión +- 10-15%) - Detallado (Precisión +- 5-10%)

Slide 33: Capital fijo y capital de trabajo Capital fijo Capital de trabajo Costo total de la planta en el Inversión adicional necesaria para momento en que se encuentra la puesta en marcha y operación lista para la puesta en marcha. de la planta. - Diseño, actividades de - Puesta en marcha ingeniería, supervisión de la - Cargas iniciales de catalizador construcción. - Materias primas - Equipos e instalación. - Inventarios de producto - Tuberías, instrumentación, finalizado. sistemas de control. - Fondos para cubrir sumas - Edificios y estructuras. pendientes de los clientes. - Utilidades, servicios, obras civiles.

Slide 34: Escalamiento de Costos (Inflación) Índice de costo en el año A Costo en el año A = Costo en el año B × Índice de costo en el año B

Slide 35: Ejercicio El costo de compra de un intercambiador tubular, coraza de acero al carbono, tubos de acero inoxidable, área de transferencia de calor de 500 m2, fue de L 50000 en enero de 1988. Estimar el costo en enero de 1999.

Slide 36: Estimación rápida de costos de capital ⎛ S2 ⎞ C 2 = C1 ⎜ ⎟ ⎜S ⎟ ⎝1 ⎠ C2 = Costo de capital del proyecto con capacidad S2 C1 = Costo de capital del proyecto con capacidad S1 El valor de n es tomado por lo general como 0.6

Slide 37: Ejercicio 6.2 Obtener una estimación del costo de una planta para producir 750 ton por día de ácido sulfúrico, a partir de azufre. (1998) En 1987, el costo de producción de 100 ton por día de H2SO4 era de 3.8 × 106 US dollars

Slide 38: Métodos del número de etapas Para 1998 y plantas con capacidades bajo 60000 toneladas por año, 0.30 ⎛Q⎞ C = 130000 N ⎜ ⎟ ⎝s⎠ y sobre 60000 toneladas, 0.675 ⎛Q⎞ C = 150 N ⎜ ⎟ ⎝s⎠ C=Costo de capital en libras esterlinas N=Número de unidades funcionales Q=Capacidad de la planta, toneladas por año S=conversión del reactor masa del producto deseado s= masa entrante al reactor

Slide 39: Para procesos en fase gaseosa, C = 8000 N Q 0.615 libras esterlinas C' = 13000 N Q 0.615 US dollars

Slide 40: Ejercicio Estimar el costo de capital para la siguiente planta, La producción es superior a 60000 toneladas por año.

Slide 41: Método factorial Cf=fLCe Cf = Costo de capital fijo Ce = Costo total de los equipos fl = Factor de Lang fl=3.1 para plantas de procesamiento de sólidos fl = 4.7 para plantas de procesamiento de fluidos fl = 3.6 para plantas de procesamiento de sólidos y fluidos

Slide 44: Costos de operación Costos de operación fijos Costos de operación variables No varían con la producción Varían con la cantidad de Costos fijos producción. -Mantenimiento Costos variables -Labores de operación -Materia primas -Costos de laboratorio -Otros materiales -Supervisión -Utilidades y servicios -Cargas de capital -Empacado, traslado -Licencias -Seguros -Tasas de interés

Slide 45: Estimación de costos de los equipos

Slide 49: Ejercicio Se ha realizado un trabajo de diseño preliminar para un proceso de recuperación de un efluente de una corriente de gas valioso. Se lavará el gas con solvente en una columna empacada; el producto es recuperado y el solvente separado por destilación; y el solvente enfriado y reciclado. Los equipos utilizados se detallan a continuación: 1. Columna de absorción: diámetro 1 m, h=15 m, h empaque = 12 m, empaque polipropileno de anillos Pall 50 mm, tanque de acero al carbono, presión de operación de 8 bar. 2. Columna de recuperación: diámetro 1 m, h tanque = 20 m, 35 platos tipo válvula, tanque y platos de acero inoxidable, presión de opearción 1 bar. 3. Condensador: tubos fijos, área 25 m2, tubos y coraza de acero al carbono, presión de operación 2 bar. 4. Rehervidor: convección forzada, tubos fijos, área = 19 m2, acero al carbono (coraza), tubos de acero inoxidable, presión de operación 2 bar. 5. Tanque de almacenamiento de productos y solventes: cónico, capacidad de 40 m3, acero al carbono. Servicios, Se opera el proceso el 95% del tiempo del año Vapor: 300 kg/h Agua de enfriamiento: 4500 kg/h Potencia eléctrica 500 MJ/d Pérdidas estimadas de solvente: 15 kg/d (Precio: $300/kg) Estimar el capital requerido para este proyecto y los costos de producción anual.

Slide 50: Evaluación económica de proyectos