diagramas de procesos

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DISEÑO Y SÍNTESIS DE PROCESOS 
Un sistema de proceso es una instalación que efectúa la transformación de materias primas, energía y 
en productos útiles, mediante reacciones químicas u operaciones unitarias. 
De forma concisa el diseño de un proceso consiste en las tres etapas siguientes: 
 Seleccionar un conjunto apropiado de operaciones unitarias y sus interconexiones.
 Seleccionar la clase de equipos adecuados para llevar a cabo las operaciones unitarias.
 Escoger las mejores dimensiones y condiciones de operación de los equipos.
El diseñador debe definir a priori ciertos criterios de manera tal que el proceso tenga: 
 Seguridad
 Impacto ambiental positivo
 Flexibilidad
Tipos de diseño 
 Controlabilidad 
 Predecibilidad 
 Mantenimiento fácil 
 Rentabilidad 
 Fiabilidad 
 Mantenimiento: Prevención de problemas y restablecimiento de condiciones normales.
 Ampliaciones: Modificaciones para lograr un aumento de capacidad de producción.
 Procesos nuevos (PN).
Procesos modificados (PM): Para mejorar la eficiencia, reduciendo el consumo de material y energía. 
Entre los casos más comunes de diseño de “PM”, se tienen: 
 Cambios en las condiciones de operación de procesos continuos.
 Mejora en la recuperación de calor por rediseño de las redes térmicas.
 Modificaciones en el equipo existente (internas y/o externas).
 Compra de equipos nuevos para sustituir los menos eficientes.
Entre las principales diferencias del diseño de “PM” respecto al diseño de “PN” se encuentran: 
 Dificultad de ajustes en equipos existentes (PM).
 El tiempo es menos crucial dado que el único consumo de tiempo consiste en las consideraciones 
sobre las modificaciones hacer por parte de los expertos. No se diseña el proceso de cero (PN).
 El aspecto de múltiples opciones no es importante; dados los pocos grados de libertad, 
respecto a un proceso nuevo, que hay en un proceso existente.
 
SÍNTESIS DE PROCESOS 
La síntesis de procesos se puede definir como la generación de alternativas de diseño y selección de 
las mejores. La primera etapa de diseño (diseño conceptual) de un proceso nuevo (PN) o la 
modificación de uno conocido (PM), implica la evaluación técnica y económica de aquellas alternativas 
que parezcan más viables (viabilidad juzgada con criterios heurísticos). 
El problema central de la síntesis consiste en obtener, con la menor incertidumbre, las mejores 
alternativas entre una “inmensa” cantidad de posibilidades. Conocidas las opciones se procede a 
simular, técnica y económicamente, cada una de ellas para escoger la mejor. 
 
La Síntesis de Alternativas Posibles 
 Definición del problema primitivo. 
 División en problemas específicos: 
 Análisis de los problemas específicos. 
 Selección de una solución los problemas específicos. 
Diversos métodos de síntesis de procesos: 
 Descomposición Jerárquica de Douglas (la vista anteriormente).
 Búsqueda Algorítmica: Se buscan mejores alternativas con métodos deinvestigación de operaciones.
 Heurística: Se obtienen configuraciones según experiencias exitosas del pasado. Son reglas 
plausibles, pero no infalibles (porque no siempre estádisponible o no aplica).
 Búsqueda Evolutiva: Cada configuración es una mejora de la anterior.
 
REGLAS HEURÍSTICAS 
Son normas prácticas para realizar innovaciones positivas de forma inmediata, basándose en la experiencia, 
lo que nos permite tomar decisiones en situaciones complicadas sin necesidad de hacer cálculos de más. 
 
Heurísticas generales: 
 No elabore productos que sean más puros de lo requerido.
 Utilice en exceso uno de los reactivos para que se consuma totalmente el más valioso o tóxico.
 Para obtener productos puros elimine los inertes antes de la reacción, cuando la separación sea 
sencilla, excepto cuando se necesite eliminar gran cantidad de calor de la exotermia (o 
endotermia) de la reacción, para lo cual son útiles los reactantes inertes.
 Introduzca corrientes de purga. No purgue especies valiosas, tóxicas o peligrosas aun cuando estén 
en pequeñas concentraciones. Agregue separadores para recuperarlas.
 
Heurísticas para separaciones 
 Separe las mezclas líquidas con destilación, stripping, cristalización o adsorción.
 Los subproductos que surgen de reacciones reversibles en pequeñas cantidades usualmente no se 
recuperan en separadores o purgas. Se reciclan hasta su extinción.
 
Heurísticas para reacciones químicas 
 En reacciones competitivas, ajuste la temperatura y la presión paralograr la producción deseada.
 Para reacciones reversibles, considere conducirlas en dispositivos separados capaces de remover 
los productos de modo de mejorar la producción.
 En caso de alta exotermia o endotermia, considere usar exceso de reactantes inertes o golpes de 
frío o calor respectivamente.
 En caso de baja exotermia o endotermia use intercambiadores de calor entre las distintas etapas.
Heurísticas para intercambiadores de calor 
 Use intercambiadores de casco y tubo en contracorriente.
Usos de las heurísticas 
 Mejoran el proceso.
 Disminuyen costos.
 Evitan accidentes.
 Optimizan la planta.
 Toma de decisiones rápidas.
 Calidad del producto
 
DIAGRAMAS DE PROCESOS. 
DIAGRAMAS DE BLOQUES (BD). 
Para resolver balances de materia y energía, el primer paso en la mayoría de las ocasiones consiste 
 
en convertir el texto del problema en un diagrama 
de bloques sencillo. Está formado por una serie de 
bloques conectados por corrientes (flujos) de 
entrada y salida. Deben incluir temperatura, 
presión, grado de conversión o el rendimiento. No 
da detalles sobre los equipo, sino que se centra en 
las corrientes principales que definen el proceso. 
El BD se puede realizar para un proceso simple 
(diagrama de bloques de proceso) o para una 
planta (diagrama de bloques de planta). 
 
Diagramas de bloques de proceso. 
Puede estar destinado a quienes no conocen de ingeniería, brindando una explicación simple, como la 
presentación inicial de la idea. Cada bloque del diagrama representa una función del proceso (puede 
consistir en varias operaciones básicas o equipos). Los criterios para armar este diagrama son: 
1. Las líneas de flujo principales deben aparecer con flechas para indicar el sentido d el flujo. 
2. El sentido del flujo debe ir de izquierda a derecha siempre que sea posible. 
3. Las corrientes ligeras (gases) deben salir por la parte superior de los bloques, mientras que 
las corrientes pesadas (líquidos y sólidos) deben salir por la parte inferior de los bloques. 
4. Si las líneas de flujo se cruzan, la línea horizontal e s continua y la vertical esta dividida. 
5. Se indicarán balances de materia simplificados siempre que se pueda. 
Este tipo de diagramas son el punto de partida de los diagramas de flujo de proceso (PFD). 
 
Diagramas de bloques de planta 
Esta es una representación de un complejo 
integrado por varias plantas. Cada bloque 
representa una y permite interpretar cómo se 
interrelacionan cada una de ellas. 
 
DIAGRAMAS DE FLUJO DE PROCESO 
Contiene todos los datos químicos del proceso. 
Para quien lee este diagrama se requiere tener 
algún conocimiento sobre procesos, ya que 
contiene la siguiente información: 
1. Representación de los equipos (operaciones básicas) principales con su número o código único. 
2. Todas las corrientes de proceso deberán aparecer identificadas con un número. Asimismo,se debe 
incluir una descripción de sus condiciones (P, T, caudal,) y la composición química de cada una. Estos 
datos se pueden incluir directamente en el PFD o en una tabla anexa. 
Diagrama 
de bloque 
de planta 
Diagrama 
de bloque 
de proceso 
3. Todas las corrientes o flujos auxiliares 
(vapor, agua de refrigeración, aire, etc.) que 
afecten a los equipos principales. 
4. Lazos de control, para observar la estrategia 
de control en condiciones normales. 
Un PFD contiene: 
 Topología del proceso. 
 Información delos equipos. 
 Información de las corrientes. 
La forma de cada etiqueta identifica el tipo 
de información al que corresponde el valor 
numérico incluido en ellas. 
Plano de detalle 
 
 
 
Topología del proceso. 
El PFD muestra la ubicación de los equipos y las conexiones 
(corrientes) entre ellos. Los equipos se representan 
simbólicamente. 
La interpretación de los códigos que llevan los equipos son: 
Formato general: XX-YZZ A/B 
 XX son las letras para identificar el tipo de equipo: 
 
 Y designa un área dentro de la planta. 
 ZZ es el número de identificación para cada equipo individual. 
 A/B identifica unidades de equipos paralelos o de reemplazo. 
Por ejemplo: 
 P-101A/B indica que el equipo es una bomba (pump). 
 P-101A/B indica que la bomba se encuentra situada en el área 100 de la planta. 
 P-101A/B indica que esta bomba es el equipo número 01 dentro del área 100. 
 P-101A/B indica que existe una bomba redundante instalada. 
Es decir, hay dos bombas idénticas con las identificaciones P-101A y P-101B, una de las 
cuales estará operativa mientras que la otra esté fuera de servicio y viceversa. 
 
Información de las corrientes. 
Cada corriente queda identificada por un número situado dentro de un romboide en cada línea que 
sirven para identificarlas en el PFD en la tabla anexa). El sentido de las corrientes queda definido por 
una o más flechas. 
El valor del PFD no finaliza con la construcción de la planta. Una vez 
en marcha, sigue siendo el documento que mejor describe la 
instalación y que se emplea en la formación de operadores y nuevos 
ingenieros. Se consulta para diagnosticar los problemas de 
operación que puedan surgir y predecir los efectos que sobre el 
proceso puede tener la modificación de determinadas variables. 
 
PLANOS DE DETALLE 
Los balances de materia y energía de secciones anteriores permiten 
dimensionar los equipos: 
Tenemos equipos que se compran según estándares. Es decir, 
calculamos sus parámetros básicos (condiciones de trabajo) y luego 
buscamos en catálogos el que mejor ajuste a esos valores. Este es el 
caso de bombas, compresores válvulas, etc. 
Por otro lado, están los equipos personalizados que se deben construir 
a medida del proceso, para lo cual debemos entregar al constructor el plano de 
detalle. Este es a escala y en grandes formatos para que no haya problemas de 
lectura e interpretación. Se presentan dimensiones, espesores de pared, 
Tabla con los datos técnicos 
de elementos, accesorios y 
dimensiones. 
C - Compresor o Turbina 
E – Intercambiador de calor 
H - Horno 
P - Bomba 
 
R - Reactor 
T - Torre 
TK – Tanque de almacenamiento 
V - Recipiente 
 
 
Plot-Plan de altura 
de una torre 
(izquierda) y un 
tanque vertical 
(derecha) 
Conexiones de instrumentos: 
Capilaridad 
Neumático 
 
 Eléctrico 
cordones de soldaduras, conexiones de entrada y salida de fluidos, de toma de muestras, de 
dispositivos de seguridad e instrumentación, bridas de conexión, etc. Se utiliza para recipientes, 
reactores, torres de separación, etc. 
 
DIAGRAMAS DE TUBERÍAS E INSTRUMENTACIÓN (P&ID). 
Incluye cualquier aspecto mecánico de la planta 
excepto: 
- Presión y temperatura. 
- Caudales de las 
corrientes. 
- Localización de los 
equipos. 
- Trazado de tuberías. 
- Longitudes. 
- Conexiones. 
- Soportes y estructuras. 
 
 
 
 
 
 
 
Ubicación de instrumentos: 
Instrumento ubicado en planta 
 
Cada tubería y las especificaciones de cada 
línea se pueden recoger en una tabla anexa 
al diagrama, en la cual también figuran las 
conexiones de los servicios auxiliares (vapor, 
agua de refrigeración, etc.). 
 
 
 
Instrumento ubicado en el frente del panel de la sala de control 
 
 Instrumento ubicado en la parte de atrás del tablero de sala de control 
El P&ID sirve como guía para los responsables del diseño final y la construcción de la planta. Para 
cambiar o mejorar el rendimiento de alguna unidad de la planta, lo más que se permite es abrir, 
cerrar o cambiar la posición de una válvula, cuánto hay que abrirla o cerrarla y qué variables se 
deben vigilar para comprobar los efectos producidos por dicho cambio. También son útiles en la 
elaboración de los procedimientos de puesta en marcha y parada. 
 
 
PLOT PLAN: 
Este es un plano que se realiza 
en escala y donde se establece 
la ubicación de los equipos del 
proceso y los auxiliares, 
conforme a los criterios de 
practicidad y seguridad 
(distancias mínimas). Estos 
planos también vienen 
acompañados con planos de 
elevación. 
 
Diagrama isométrico de tuberías 
Indican la elevación y orientación de cada tubería 
mediante la isometría, siendo un plano 2D que 
simula 3D. Sirve para detectar inconsistencias, 
como tramos muy bajos, cruces de cañerías, etc. 
 
 
 
Cañerías en formato isométrico 
Pero si muestra cañerías 
de entrada y salida de 
equipos y la 
instrumentación 
asociada, como alarmas 
para detección de 
sobrellenado, vaciado, 
fugas, sobrepresión, etc. 
 
Plot-Plan de 
ubicación 
	DISEÑO Y SÍNTESIS DE PROCESOS
	Tipos de diseño
	SÍNTESIS DE PROCESOS
	La Síntesis de Alternativas Posibles
	REGLAS HEURÍSTICAS
	Heurísticas generales:
	Heurísticas para separaciones
	Heurísticas para reacciones químicas
	Heurísticas para intercambiadores de calor
	Usos de las heurísticas
	DIAGRAMAS DE BLOQUES (BD).
	Diagramas de bloques de proceso.
	Diagramas de bloques de planta
	DIAGRAMAS DE FLUJO DE PROCESO
	Topología del proceso.
	Información de las corrientes.
	PLANOS DE DETALLE
	DIAGRAMAS DE TUBERÍAS E INSTRUMENTACIÓN (P&ID).
	PLOT PLAN:
	Diagrama isométrico de tuberías