Tema 1 SELECCIÓN DE EQUIPOS

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1 Maquinaria y Equipos en Ingeniería Química Hoja: 1/9 Tema 1 SELECCIÓN DE EQUIPOS OBJETIVOS GENERALES Proporcionar al estudiante las bases necesarias para que pueda seleccionar equipos y preparar sus especificaciones, en el ámbito industrial. OBJETIVOS TERMINALES DE APRENDIZAJE A la conclusión del tema el estudiante será capaz de: - Preparar las especificaciones técnicas de un equipo de proceso. - Seleccionar equipos con ayuda de manuales y catálogos. - Utilizar diagramas, tablas, catálogos de fabricante, etc. - Emplear criterios económicos para la selección de un equipo de una gama de posibilidades. - Seguir aprendiendo Contenido Temático: 1. Introducción.- Bases para la especificación de equipos 2. Clasificación General de los equipos utilizados en la Industria de Procesos Químicos.- Categoría del Equipo de Proceso 3. Parámetros para la Especificación/Diseño de los equipos. Identificación. 4. Selección de equipos.- Criterios Técnicos/económicos 5. Consideraciones del mantenimiento de equipo industrial en la selección de equipos 6. Solución de problemas

2 Maquinaria y Equipos en Ingeniería Química Hoja: 2/9 1 Introducción El ingeniero químico debe estar en condiciones de decidir cuál es el equipo que mejor se adapta a sus necesidades y debe ser capaz de preparar las especificaciones correspondientes al equipo, que satisfagan las exigencias operativas del proceso en condiciones razonables de costos. 1.1 Bases para la especificación de equipos El objetivo de un diseño de planta consiste en: Desarrollar y presentar una planta completa capaz de operar sobre una base efectiva, desde le punto de vista industrial. Por tanto, en la elección final del equipo para transferir, manipular y tratar materiales intervienen los principios teóricos del diseño, los problemas prácticos de las operaciones y las consideraciones relacionadas con los costos. Para lograrlo, el ingeniero químico debe ser capaz de combinar muchas unidades o partes de equipos, de modo que resulte una planta que opere eficientemente. Para que la planta pueda funcionar exitosamente, cada uno de los equipos que la forman debe cumplir con su función específica de manera eficiente y segura.

3 Maquinaria y Equipos en Ingeniería Química Hoja: 3/9 La selección/diseño de los equipos constituye un aspecto esencial del diseño, operación y mantenimiento de una planta El ingeniero que tiene a su cargo el diseño de un proceso, debe: - Preparar las especificaciones para cada uno de los equipos. - Reconocer la importancia de elegir adecuadamente los materiales de construcción. II. La Especificación del Equipo El ingeniero químico una vez establecido el proceso que va a llevar a cabo, elabora un diagrama de flujo del proceso, el cual le indica la secuencia de operaciones en el respectivo proceso, por medio de una serie de símbolos, los cuales describen en forma simple un equipo industrial. Un paso lógico siguiente a esta preparación del diagrama de flujo de proceso es la selección de los distintos equipos que cumplirán las operaciones respectivas, y posteriormente se realizará la especificación del equipo. El paso lógico siguiente a la preparación del diagrama de flujo de proceso de la planta, es: Especificar el equipo que aparece en el diagrama A este respecto, podemos citar las dos siguientes categorías: Compra del equipo Construcción del equipo En ambos casos son valiosos la inteligencia, la experiencia y el buen juicio, sin embargo el conocimiento detallado necesario es muy diferente.

4 Maquinaria y Equipos en Ingeniería Química Hoja: 4/9 Una regla general del diseño de equipos establece que siempre que resulte posible debe optarse por equipos estándar. 2.1 Clasificación General.- Categorías del equipo de proceso La gran cantidad de equipos empleados en plantas químicas pueden ser agrupados en categorías, para fines de especificación de parámetros de diseño. Así, La humidificación, destilación fraccionada, y depuración se llevan a cabo generalmente en torres empacadas o de platos. Las especificaciones correspondientes a los equipo deben contener básicamente: EQUIPO Especificaciones Columnas de destilación Condiciones de Operación, Numero de platos, diámetro, materiales de construcción, distancia entre platos, etc. Recipìentes Reactores Intercambiado-res calor y hornos de Dimensiones, forma de cabeza, materiales de construcción. Tipo de catalizador, tamaño, diámetro del lecho y espesor, dispositivos intercambiadores de calor, ciclos de operación y sistemas de regeneración del catalizador, materiales de construcción, etc. Diferencias de temperatura, capacidad de intercambio de calor, caída de presión, materiales de construcción. Bombas y compresoras Tipo, potencia requerida, diferencia de presión, densidad, viscosidad y presiones de trabajo

5 Temperatu ra Presión Concentrac ión Carga de calor Servicios Flujo/ capacidad Maquinaria y Equipos en Ingeniería Química Hoja: 5/9 III. Parámetros para la selección/diseño de equipos de proceso Tipo genérico del equipo Datos de diseño Otras necesidades e s e s e s Transportadores c Tamaño de partícula Molinos, trituradoras c Tamaño de partícula Impulsores Evaporadores c c Coef. T. Calor Hornos c c Compresores, extractores s c Equipo de contacto Gas- sólido c c Equilibrios y relaciones Intercambiadores de Calor c s Coef. De transferencia de calor Mezcladores s c Recipientes de proceso c c c c Equilibrios y relación Bombas c Reactores c c c s Equilibrios y relación Separadores c Caída de presión de velocidad de sedime. Equipo de aumento de c Tamaño de partícula tamaño Recipientes de almacenamiento se requiere normalmente c en general se calcula en el diseño s información que suele ser necesaria

6 Maquinaria y Equipos en Ingeniería Química Hoja: 6/9 3.1 Selección y especificación de equipos. En la Selección y Especificación de Equipos se deben distinguir dos etapas que implica el proceso de selección: Elección del tipo de equipo para especificar las propuestas, y Selección entre los distintos equipos dentro del tipo elegido En el estudio del proyecto interesa especialmente la selección del tipo de equipo, son factores influyentes en esta etapa: - La naturaleza del proceso - La escala de producción - El grado de mecanización Factores estrechamente relacionados entre sí. 3.2 Formulario de especificaciones Para realizar la especificación de un equipo, el ingeniero de diseño debe evaluar sus necesidades y prepara una planilla de especificaciones del equipo. Las especificaciones deben contener la siguiente información: 1 Identificación del equipo 2 Función 3 Operación 4 Materiales que se manipulan 5 Información básica sobre el diseño 6 Controles esenciales 7 Necesidades de aislamiento 8 Información especial y detalles relacionados con el equipo: - materiales de construcción - juntas - soportes - instalación - fecha de entrega

7 Maquinaria y Equipos en Ingeniería Química Hoja: 7/9 Ejemplo Formulario de especificaciones para intercambiador de calor. INTERCAMBIADOR DE CALOR Identificación: Item Fecha: Item No. Por: Cantidad Función: de metanol. Condensar los vapores de la parte superior de la columna de fraccionamiento Operación: Continua Tipo: Horizontal En los tubos: Espejo o placa de tubos fija Tubos: 1 pulg. diámetro 14BWG. Fluido Anillo circulante: de dilatación Agua de en la carcasa 1,25 entre centros enfriamiento. Capacidad Btu/hra Arreglo Superficier triangular, 225 exterior tubos, cada _470 uno de pies 8 cuadrados. Flujo volumétrico: 380 gal/min pies de longitud Presión 20 psig. Temperatura 15 º C a 25 o C Material del cabezal: Acero al carbono 2 pasos Material de los tubos: Acero al carbono. En la carcasa: Fluido circulante: vapores de metanno. Flujo másico: 7000 lb/hora Presión: 0 psig. Temperatura: 65 o C a temp. Contante. Carcasa: 22 pulgadas de diametro 1 pasos (Deflectores transversales: se requiere soporte para los tubos) (Deflectores longitudinales: 0) Material de la carcasa: Acero al carbono.

8 Maquinaria y Equipos en Ingeniería Química Hoja: 8/9 IV. Criterios de mantenimiento en la selección de equipos. No se trata de escoger sólo lo mas barato en términos directos, sino loa más económico en el balance final. Es necesario un cuidadoso análisis técnico del diseño de los equipos, y De las garantías de los proveedores - equipos y materiales- en cuanto a eficiencia, calidad y seguridad. Muchos problemas de mantenimiento se deben al diseño original y a la distribución de la planta y de los equipos. Al decidir acerca de los equipos a utilizar, el ingeniero debe tener en cuenta las necesidades que plantea su mantenimiento y el costo que esto implica. Con frecuencia sólo se considera los costos iniciales y no se advierte que los costos debidos al mantenimiento pueden anular fácilmente las ventajas de una instalación barata.

9 Maquinaria y Equipos en Ingeniería Química Hoja: 9/9 Por ejemplo: Una bomba con un motor de alta velocidad acoplado en forma compacta, puede requerir menos espacio y tener un costo inicial menor que un motor común acoplado a una bomba. Sin embargo, si se trata de remplazar el impulsor o el eje, el costo de reparación de la bomba con el motor acoplado en forma compacta es mucho mayor que de la bomba con un motor común. El motor de alta velocidad reduce la duración del impulsor y del eje, especialmente si intervienen líquidos corrosivos. Si el ingeniero no advierte que el costo de mantenimiento es muy elevado puede cometer el error de recomendar el equipo más barato y más pequeño. V. Conclusión El Ingeniero químico al no ser un experto en todas las clases de equipo que se emplean en las plantas industriales, debe recurrir a la experiencia ajena, que esta en los manuales de ingeniería, y en los catálogos de los fabricantes de equipos industriales. Si bien gran parte de los detalles del diseño de equipos son manejados por los fabricantes, el ingeniero químico debe estar familiarizado con estos aspectos para proporcionar la información del diseño y en su caso diseñar y construir los equipos para la planta. Así piense dedicarse a: Ventas Producción Gestión y/o administración Y no al diseño de plantas/equipos de proceso propiamente dichos.