Tema 01

Conjuntos de actividades orientadas hacia el logro de objetivos y metas

específicas, mediante la centralización y organización temporal de

recursos, durante un lapso de tiempo determinado y dentro de un

presupuesto y especificaciones técnicas preestablecidas

Investigación
Desarrollo Ing. Detalle
Fases Ing. Básica

Ing. Conceptual Procura Construcción Arranque

Diseño Diseño
Tipo de Estudios de Estudios de
Básico de Básico de
Paquetes Factibilidad Definición
proceso Ingeniería

Estimado
Clase V Clase IV Clase III Clase II Clase I
de costos

Etapa donde se desarrollan las ideas de potenciales procesos o productos,
realizando pruebas a escala, banco y piloto

Constituye la fase inicial de un proyecto de Ingeniería donde se definen el
conjunto de operaciones físico y/o Químicas que permiten lograr la
transformación de las materias primas en productos

ETAPAS:
Estudio de Factibilidad.
Estudio de Definición.

 Se desarrollan la evaluación de las distintas
tecnología o opciones de solución en base a criterios
elegidos para determinar su viabilidad
técnica, económica, y operacional.

Clase V

 Etapa en donde se confirman y detalla la
opción seleccionada conveniente, técnica y
económicamente.
 Se realiza el diagrama de flujo de proceso y las
variables de operación.

 Se establecen las especificaciones de proceso y las características de cada uno de los
componentes y equipos de una instalación que permitan la ejecución de la
Ingeniería de Detalle, Procura, construcción y puesta en marcha de la planta

DISEÑO BASICO DE
DISEÑO DE PROCESO
INGENIERIA

 Fase donde se desarrollan las especificaciones detalladas correspondientes a las
especialidades de Ingeniería Mecánica, Instrumentación, electricidad y civil.
 En esta fase resultan las especificaciones finales para la adquisición de
materiales y equipos.

 Documento que se realiza en la etapa de ingeniería conceptual.
 Se establecen las premisas y lineamientos para el diseño de la
planta en general y de cada uno de los equipos específicamente.
 Establecen las condiciones y/o requerimientos del proceso dentro
de los cuales se efectúa el diseño de la planta y/o unidad.
 Este documento debe ser aprobado y firmado por el cliente y por
el jefe de proyecto.
 La finalidad del documento debe ser para la orientación y
estandarización de bases para la elaboración de todos los
documentos, planos y actividades a desarrollar en la ejecución del
proyecto

 Información que debe contener las bases y criterios de diseño:
 Descripción del Alcance del Proyecto.
 Indicar los Sistemas de operación.
 Normas a utilizar para el diseño de los Equipos.
 Ecuaciones a utilizar para los cálculos.
 Valores máximos y mínimos permisibles de las variables criticas de proceso y
de diseño mecánico.
 Normas técnicas Nacionales e Internacionales:
 Existe una gran Variedad de normas técnicas Nacionales e Internacionales que
regulan el diseño y operación de plantas industriales y que nos permiten la
realización de un eficiente y eficaz diseño y posterior operación de nuestra
planta, tomando en cuenta la seguridad tanto ambiental como operacional.

 Información general
 Capacidad de la planta
 Instalaciones existentes
 Caracterización de la alimentación
 Especificaciones y rendimiento de los productos
 Requerimientos del proceso
 Disponibilidad de servicios industriales
 Factor de servicio
 Manejo de efluentes
 Requerimiento de instalaciones para almacenamiento
 Regulaciones ambientales y de seguridad
 Información sobre el sitio

 Materias primas y productos almacenados como líquido a presión atmoférica
 Sólidos en tolvas, silos. apilamiento de sólidos dependiendo del flujo de consumo
 Temperatura ambiente: 35ºc
 Agua de enfriamiento: entrada intercambiadores:32ºc, salida: 50ºc max
 Vapor de calentamiento: vapor saturado presión max 200 psig. no sobrecalentado
 Usar agua helada si se requieren temperaturas entre 5ºc y 18ºc
 Utilizar amoníaco, freon, etileno, propileno u otro refrigerante si “t” es menor de
5ºc
 Utilizar hidróxido de sodio al 50%p, como base disponible en el mercado
 Utilizar ácido clorhídrico al 32%p como ácido disponible en el mercado
 Utilizar ácido sulfúrico al 98%p como ácido disponible en el mercado
 Considerar el agua para dilución de ácidos y bases si es requerido
 Considerar equipos en paralelo cuando se tenga adsorción y uso de catalizadores
 Para regeneración. considerar equipos y secuencias para regeneración
 Utilizar fuel oil como combustible
 Presentar esquema del sistema de generación de vapor

DEFINICIÓN
LOS CRITERIOS DE DISEÑO FORMAN LA BASE DEL
DISEÑO DE LOS COMPONENTES Y SISTEMAS
QUÍMICOS DEL PROYECTO. MUCHOS DE ELLOS
SON PRODUCTO DE LA EXPERIENCIA Y OTROS
DE LAS MEJORES PRÁCTICAS. PUEDEN SER
GENERALES O ESPECÍFICOS PARA CADA
EQUIPO

 CRITERIOS PARA EL SOBREDIMENSIONAMIENTO DE EQUIPOS
 FACILIDADES PARA FUTURAS EXPANSIONES
 PRIORIDADES PARA LA SELECCIÓN DE MEDIOS DE
ENFRIAMIENTO DE CORRIENTES CALIENTES (AIRE, AGUA
SALADA, AGUA DULCE)
 CRITERIOS PARA REDUNDANCIA DE EQUIPOS, COMO BOMBAS,
COMPRESORES, HORNOS
 CRITERIOS DE FLEXIBILIDAD OPERACIONAL DEBIDO A
VARIACIONES EN CARACTERÍSTICAS Y FLUJOS
 POLÍTICAS PARA INTEGRACIÓN TÉRMICA
 LINEAMIENTOS DE SISTEMAS DE CONTROL Y SEGURIDAD
 CRITERIOS PARA DIMENSIONAMIENTO DE TUBERÍAS
 CRITERIOS PARA EL ESPACIAMIENTO DE EQUIPOS
 CRITERIOS ECONÓMICOS PARA LA SELECCIÓN DE EQUIPOS
 CRITERIOS DE OPTIMIZACIÓN DE PROCESOS

DEFINICIÓN
PROCESOS DE SELECCIÓN Y CONSULTA RÁPIDA DE
PROCEDIMIENTOS DE CÁLCULO Y DE NORMAS O
ESPECIFICACIONES DE INGENIERÍA PARA
EJECUTAR EL DISEÑO DE PLANTAS QUÍMICAS

 ¿Qué es una Norma?

Una Norma es un documento técnico establecido por consenso que:
1. Contiene especificaciones técnicas de aplicación voluntaria.
2. Ha sido elaborado con la participación de las partes interesadas, Fabricantes,
Usuarios y consumidores, Centros de investigación y laboratorios,
Universidades, Sector oficial, Asociaciones y colegios profesionales
3. Se basa en los resultados consolidados de la ciencia, la tecnología y la
experiencia.
4. Provee para el uso común y repetitivo, reglas, directrices o características
dirigidas a alcanzar el nivel óptimo de orden en un contexto dado.
5. Es aprobada por un organismo reconocido.
Las normas ofrecen un lenguaje común de comunicación entre las empresas, los
usuarios y los consumidores, establecen un equilibrio socioeconómico entre
los distintos agentes que participan en las transacciones comerciales, son la
base de cualquier economía de mercado y, un patrón necesario de confianza
entre cliente y proveedor.
 Tipología de normas
Las normas pueden ser cuantitativas (normas de dimensión, por ej. las DIN-A, etc) y
cualitativas (las 9000 de calidad, etc.)

 Entre las normas mas usadas encontramos:
 NORMAS PDVSA MANUALES PDVSA
 COVENIN COMISIÓN VENEZOLANA DE NORMAS INDUSTRIALES
 ANSI AMERICAN NATIONAL STANDARD INSTITUTE
 API AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE
 ASTM AMERICAN SOCIETY FOR TESTING MATERIALS
 ASME AMERICAN SOCIETY OF MECHANICAL ENGINEERS
 ISO INTERNATIONAL STANDARDIZATION ORGANIZATION
 DIN DEUTSCHE INSTITUTE FÜR NORMUNG
 BSI BRITISH STANDARDS INSTITUTE
 AFNOR ASSOCIATION FRANÇAISE DE NORMALISATION
 AENOR ASOCIACIÓN ESPAÑOLA DE NORMALIZACIÓN Y
CERTIFICACIÓN
 JIS JAPANESE INDUSTRIALS STANDARDS
 Normas TEXACO
 Normas SHELL
 Normas EXXON

 ISA INSTRUMENT SOCIETY OF AMERICA
 TEMA TUBULAR EXCHANGER MANUFACTURER ASSOCIATION
 NFPA NATIONAL FIRE PROTECTION ASSOCIATION
 GPSA GAS PROCESSORS SUPLIERS ASSOCIATION
 AISC AMERICAN INSTITUTE OF STEEL CONSTRUCTION
 AGMA AMERICAN GEAR MANUFACTURERS ASSOCIATION
 ACI AMERICAN CONCRETE INSTITUTE
 MINDUR NORMAS DE COSTRUCCIÓN

 Se especifican las condiciones de entrada y salida de
cada equipo basándose en el principio de conservación
de la masa.
 Los cálculos se pueden realizar de modo manual o por
medio de un simulador u hoja de calculo.
 Las especificaciones generales del balance de masa y
energía son:
 Presión, Temperatura, Flujo másico Total, Flujo molar Total,
composición, entalpia, fracción vaporizada.
 Los balances de masa se presentan en una hoja técnica
y en el diagrama de flujo de proceso (DFP).
 Se establecen las condiciones de operación de cada
equipo a condiciones normales.

 No es mas que el ajuste de las variables de
operación del proceso de manera de obtener una
mejor eficiencia en el proceso con un menor
consumo de energía, visto desde el punto de vista
económico seria la maximización de la producción
con una minimización de los gastos.
 Actualmente la optimización se realiza por
herramientas computacionales, basados en
métodos de matemáticos de maximización y
minimización de funciones, estableciendo una
función objetivo a ser max o min, y una serie de
restricciones.

 El principio fundamental para la resolución de
problemas industriales es basado en l
establecimiento de ecuaciones y correlaciones
que nos permitan la resolución de una manera
eficaz y efectiva.
 Con el transcurrir de los años y los grandes
avances tecnológicos se han creados software
que sean capas de realizar dichos cálculos por
medio de algoritmos, los cuales han llamados
simuladores.

 Simulación es la representación de un proceso o fenómeno
 mediante otro más simple, que permite analizar sus
 características.

 Intenta reproducir la realidad a partir de resolución numérica,
 mediante una computadora, de las ecuaciones matemáticas
 que describen dicha realidad.

 La simulación es tan exacta como sean las ecuaciones de
 partida y la capacidad de las computadoras para resolverlas,
 lo cual fija límites a su utilización

Matlab
Fortran
Visual Basic
Aspen Plus
Aspen Hysys
Comerciales

Superpro Design
ProII with Provision
Chemcad

Visitar:
http://www.owlnet.rice.edu/~chbe403/besthint.html

 PROII es el ALGORITMO que ejecuta los
cálculos

 PROVISION convierte PROII en una
herramienta útil y/o amigable al usuario
 Interfaz gráfica

2 4 6
Chequear Fijar las
las Seleccionar la Condiciones
Unidades Termodinámica de los
de medida Procesos
1 3 5 7
Construir el Definir los Fijar los Correr y
Diagrama de Componentes datos de las Chequear
Flujo Corrientes Resultados

1. Identificar el proyecto de simulación

2. Definir la unidades de medición

3. Definir los componentes

4. Definir los sistemas termodinámicos

5. Dibujar el diagrama de flujo

6. Identificar corrientes y operaciones unitarias

7. Fijar las condiciones de las corrientes

8. Fijar las condiciones de las operaciones

unitarias

9. Correr la simulación

• Las unidades son resueltas una a la vez
• Las alimentaciones frescas deben ser conocidas
• Los reciclos son tratados automáticamente

2 3

1

• Diseñado para fenómenos no dependientes de
la variable tiempo

• Excepción: Unidades despresurizadoras

• Los controladores y la instrumentación son
irrelevantes

Facilitan el análisis de diagramas de flujo
extensos

Válvulas de control,
Instrumentación, etc.…

PI TI PI TI

LC
LC LC

Las operaciones unitarias del proceso se pueden
agrupar en una quot;caja negraquot;

• Identificación del problema
• Unidades de medición (Units of measure)
• Componentes (Component Data)
• Termodinámica (Thermodynamic Method)
• Construcción del diagrama de flujo (PFD)
• Datos de las corriente (Stream Data)
 Ensayos de caracterización (Assay Data) (Si es aplicable)

• Condiciones del Proceso (Process Conditions)

• Es una fuente común de errores
• El sistema inglés es el valor por defecto
• Pueden cambiarse para toda la simulación
• Pueden cambiarse localmente
• Pueden definirse en un conjunto personalizado

 Se pueden seleccionar:

• Componentes Puros de las librerías

• Componentes definidos por el usuario

• Componentes petroleros

• Está compuesta de varias bases de datos

• Los componentes son seleccionados de la lista,
o por un nombre de acceso

• Para los compuestos puros se dispone de:
 Propiedades fijas
 Propiedades dependientes de la temperatura

• Para usar un componente que no existe en
PROII

• Para proveer datos inexistentes para ciertos
compuestos de las bases de datos
• Para reemplazar datos para algún compuesto de
la base de datos
• Se puede estimar datos a través de la estructura
del compuesto
 PROII & DATAPREP

• Punto de ebullición normal (Normal Boiling Point)

• Densidad (Gravity)

• Peso Molecular (Molecular Weight)

• Son requeridas al menos dos de tres (mínimo)
 Si se consideran confiables los datos, pueden incluirse los
tres

• Requerida para cualquier simulación

• Métodos para las propiedades termodinámicas

• Métodos para las propiedades de transporte

(opcional)

• Valores de las variables de correlación K
 Para los Balances de Masa

• Entalpías
 Para los Balances de Energía

• Entropías

• Densidades

• Viscosidad (m), Tensión Superficial
(s), Conductividad Térmica (k), Difusividad
Líquida (D)

• No son calculadas a menos que sea especificado

• Ejemplos de cuando son necesarias:
 Dimensionamiento de platos para columnas de destilación

 Cálculos de caídas de presión en tuberías

• Ideal
• Ecuaciones de estado (SRK, PR)
• Ecuaciones de actividad de líquidos (NTRL,
UNIFAC)
• Correlaciones generalizadas (GS, IGS)
• Paquetes especializados (Aminas, Glicoles,
Amargos)
• Paquete para Electrolitos

• Grayson – Streed
 Para sistemas ricos en hidrógeno, crudo, sistemas de
vacío, tratamiento de coque, torres de FCC.

• SRK (Soave-Redlich-Kwong), PR (Peng-Robinson)
 Columnas de cortes livianos, Despojadores, Plantas de
recuperación de gas, Sistemas ricos en hidrógeno (SRKM)

• SOUR, GPSWATER
 Sistemas de aguas amargas

• SRKK, SRKM, SRKS, IGS
 Son utilizados si la solubilidad del hidrocarburo (H/C) en
agua es importante (Sistemas VLLE)

• En procesamiento de Gas:
 SKR y PR
 Para todos los tipos de planta de procesamiento y sistemas
criogénicos
 SKRM, PRM y SRKS
 Sistemas con agua, metanol, y/o otros componentes polares

• En procesamiento de Gas:
 GLYCOL
 Deshidrogenación con TEG. Mejorado para emisiones con
componentes aromáticos. Está basado en SRKM.

 AMINE
 “Endulzamiento” de gas natural

 SRKK, IGS, SRKM y SRKS
 Se utiliza si la solubilidad del gas natural (livianos) es
importante, con presencia entonces de sistemas con VLLE

• En ésta se seleccionan las
distintas operaciones
unitarias para colocarlas en el
diagrama

• El botón STREAMS se
selecciona para dibujar las
corrientes del proceso

VAPOR

HOT
LIQUID
ΔP=0

COLD
WATER

• Condición Térmica
• Flujo
• Composición
 Definida por componentes (Compositional)
 Definida por curva de destilación (Assay Data)
 Referida a otra corriente definida

• Presión
• Temperatura
• Fracción Líquida de la mezcla o Fase
 Líquido saturado a punto de burbuja (Bubble point)
 Vapor saturado a punto de rocío (Dew point)

 Deben especificarse 2 de estas condiciones

• Están constituidas por:
 Compuestos de la base de datos
 Componentes definidos como petroleros

• Bases disponibles para flujo y composición:
 Molar (por defecto)
 Peso
 Volumen (Gas o Líquido)

• Datos requeridos
 Datos de la curva de destilación
 Datos de densidad (Gravity Data)

• Datos opcionales
 Análisis de corte de livianos (Light Ends
Analysis)
 Datos de peso molecular

 Los atributos son definidos en referencia a otra
corriente que ya está definida totalmente
 Composición
 Flujo *
 Temperatura *
 Presión *

(*) Estos valores pueden ser cambiados localmente

La corriente 1
está definida 5

1 2 3
T=-10°F
HX1 HX2
FD1
ΔP=5psi ΔP=5psi

6 4
Se resuelve en 3 iteraciones

Se refiere la
corriente 3X a la
corriente 1
5

1 2 3
T=-10°F
HX1 HX2
ΔP=5psi ΔP=5psi
3X FD1

6
4
¡Se resuelve en sólo 1 iteración!

• Es importante recordar que una corriente
está completamente definida cuando tiene:
 Flujo y Composición
 Condición Térmica (2)
 Presión
 Temperatura
 Fase (Bubble point or Dew Point)
 Fracción Líquida

• Curva de Equilibrio de Fase (Phase Envelope)
• Curvas de Calentamiento/Enfriamiento
(Heating / Cooling Curves)

2000.0
Saturated
Vapor
Critical Point
1600.0
Pressure, psia

1200.0
Saturated
Liquid

800.0

400.0

15% Liq 10% 5% 0%
0
-200.0 -150.0 -100.0 -50.0 0 50.0 100.0
Temperature, °F

650.0

Cold
Side
Temperature, °F

550.0

450.0

350.0

250.0
0 1.0 2.0 3.0 4.0

Enthalpy, x 106 BTU/HR

 Enthalpy and Density
 Transport Properties
 Phase Equilibria Data

• Identificación del problema
• Unidades de medición (Units of measure)
• Componentes (Component Data)
• Termodinámica (Thermodynamic Method)
• Construcción del diagrama de flujo (PFD)
• Datos de las corriente (Stream Data)
 Ensayos de caracterización (Assay Data)

• Condiciones del Proceso (Process Conditions)

 Existen tres formas de especificaciones:
• Se especifica un parámetro de una corriente, el
cual es alcanzado mediante un calculo
iterativo.
• Se especifica un parámetro de operación de una
operación unitaria, similar al caso anterior.
• DEFINE, que relaciona una variable aguas
abajo con una variable conocida aguas arriba.

• ABSOLUTA
Stream property = VALUE
Ejemplo:
 Fracción molar de propileno = 0.99
 Viscosidad = 0.7 cp

• RELATIVA
(Stream property 1) [operator] (Stream property 2) =
VALUE
Ejemplo:
 Flujo de propileno en el producto / Flujo Total de
alimentación = 0.9

• A través de las opciones CALCULATOR y
CONTROLLER se pueden construir más
especificaciones

Contiene
90% de
OVERHEAD iC4
nC4
iC5
nC5
C3 en Feed
iC4 REFLUX LIQ DRAW
nC4 iC5 FEED
nC5
nC6

BOTTOM

 Se especifica RON=80 para
1
el producto OVHD
2 OVHD
3  CALCULATOR (CA1) usa una
correlación introducida para
4

5

6
calcular el RON de OVHD
7

8  El valor de RON es pasado al
CN1 CA1 controlador (CN1)
 El controlador ajusta el reflujo
hasta alcanzar RON=80

El trabajo transmitido se “pasa” a través DUTY: Definido como el
de un DEFINE 90% del trabajo del
expansor

C1

Eje de
transmisión
imaginario

E1

Archive

PROVISION
Interface T IT LE PR O JE CT = TR AI N IN G, PR OB L EM =F L AS H S AM PL E Keyword
Input Files
D IM E EN G LI SH
P RI N T IN P UT =N O NE

C OM PO N EN T D AT A
L IB I D 1, N 2/ 2, C 1/ 3, C 2/ 4, C 3/ 5, I C4 /6 , NC 4/ 7 ,I C5 /
T HE RM O DY NA M IC D A TA

M ET H OD S Y ST EM = SR K, D EN S( L )= LK

S TR EA M D AT A

P RO P S TR E AM =F E ED , T EM P= 1 5, P R ES =7 5 0, *
C OM P =1 ,1 / 2, 93 . 9/ 3, 3 .1 /4 , 1. 1/ *
7 ,0 . 1/ 8, 0 .1 /9 , 0. 2

U NI T O PE RA T IO NS DA TA

PRO/II
F LA S H U I D= DR U M1
F E ED F EE D
P R OD V =V AP O R- 1, L= LI Q UI D- 1
ISO P RE S= 7 25 , T EM P= - 60

F LA S H U I D= DR U M2
F E ED V AP OR - 1
P R OD V =V AP O R- 2, L= LI Q UI D- 2
T P SP P RE S= 4 00
S P EC S TR EA M =L IQ U ID -2 , R AT E , CO M P= 7, 9 , *
R AT IO , S TR E AM =V A PO R- 1 , RA T E, C O MP =7 , 9, *
V AL UE = 0. 99
E ND

Calculations

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