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DISEÑO DE PLANTAS QUIMICA 1/24 
INTRODUCCION AL DISEÑO DE PLANTAS DE PROCESO 
Ma. Elena Tovar de Rivera 
 
 
 
 
Unidad Temática I 
Título: INTRODUCCION AL DISEÑO DE PLANTAS DE PROCESO 
 
 
 
Contenido: 
I. Introducción 
II. Fases técnica y económica del proyecto 
III. La ingeniería química en el diseño de plantas 
IV. El proceso del diseño 
V. Consideraciones prácticas en el diseño 
VI. El enfoque del diseño 
VII. Calidad en el diseño 
VIII. Introducción del CAD/CAM/CAE 
 
Objetivos Terminales de aprendizaje: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Bibliografía: 
 
- “Diseño de plantas y su evaluación económica para el Ing. Químico” PETERS. 
- “Manual de proyectos de desarrollo económico” NACIONES UNIDAD. 
- “Diseño y economía de los procesos de Ing. Química” ULRICH 
- “Calidad de diseño” H. KOWSOLEEA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
- Conceptualizar los aspectos referidos al diseño de plantas de proceso 
- Comprender la importancia de la sistematización del proceso de diseño de 
plantas de proceso. 
- Resaltar la importancia de la comunicación de ideas en la ingeniería de 
diseño. 
- Comprender la necesidad de emplear criterios de calidad y aseguramiento 
del diseño. 
- Introducir conceptos básicos de los sistemas CAD/CAM/CAE 
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I. INTRODUCCIÓN 
 
 
 
 
 
 
 
El desarrollo de nuevas plantas industriales, así como la expansión o re-dimensionamiento de la 
ya existente, exige el empleo de leyes, principios y teorías de la Ingeniería Química, 
adecuadamente combinadas con una valoración práctica de los límites que imponen las 
condiciones industriales. 
 
En este sentido el diseño es un proceso esencialmente creativo. El desarrollo de una planta o de 
un proceso nuevo a partir de la idea inicial hasta lograr su materialización económicamente 
factible, es un problema frecuentemente complejo. Sin embargo esta tarea se puede facilitar en 
cierta medida si el proyecto de diseño se desarrolla de manera sistemática. La siguiente secuencia 
es recomendada por diferentes autores. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Lo anterior nos muestra que la realización de un proyecto de diseño de una planta, exige una 
variedad de conocimientos como ser: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
“Los científicos hacen que se conozcan las 
cosas, 
el ingeniero hace que las cosas funcionen” 
 
1. Concepción del proyecto 
2. Valoración preliminar económica y de mercado 
3. Obtención y desarrollo de la información para el diseño final 
4. Evaluación Económica 
5. Desarrollo de la Ingeniería de detalle 
6. Gestión de compras de materiales y equipos 
7. Construcción y montaje 
8. Puesta en marcha y ensayos iniciales 
9. Producción 
 
- Investigación 
- Estudio de mercado 
- Diseño de equipos 
- Estimación de costos 
- Diseño asistido por computadora, etc. 
 
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La participación del Ingeniero Químico en cada una de estas etapas se puede dar en dos niveles: 
 
 
 
 
 
 
 
Si bien una sola persona no puede ser un experto en todas las fases relacionadas con el diseño de 
plantas, debe estar familiarizado con los problemas generales y con el enfoque de cada una de sus 
fases. Por lo tanto para que el proyecto completo del diseño tenga éxito es necesario que todos los 
grupos de ingenieros que trabajan en los diversos aspectos del mismo, estén estrechamente 
relacionados, constituyendo un solo equipo y por un solo fin. 
 
 
II. FASES TÉCNICA Y ECONÓMICA DEL PROYECTO 
En su etapa de estudio el proyecto de diseño de plantas de procesamiento se puede definir como 
el conjunto de antecedentes que permite juzgar las ventajas y desventajas que presenta la 
asignación de recursos económicos para el proceso productivo. Si se decide llevar a cabo la 
iniciativa, se entra en una etapa de realización, y el proyecto pasa ha ser el conjunto de 
antecedentes que permite el montaje de la unidad productora (planta). En el primer caso – la 
etapa de estudio o anteproyecto – el aspecto económico es el que se considera principalmente, 
mientras que en el segundo - proyecto definitivo – se da mayor interés en el aspecto técnico. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
En todo proyecto hay una fase técnica y otra económica, que están íntimamente ligadas y que se 
consideran recíprocamente, el proyecto mejorará su calidad en la medida en que haya logrado la 
adecuada combinación técnica – económica, esto implica el trabajo en equipo de ingenieros y 
economistas. 
 
III. LA INGENIERIA QUIMICA EN EL DISEÑO DE PLANTAS 
El término general de diseño de plantas incluye todos los aspectos de la ingeniería relacionados 
con el desarrollo de una planta nueva o la modificación o ampliación de una planta existente. 
Durante el desarrollo el ingeniero químico deberá evaluar económicamente nuevos procesos, 
 Un rol creativo central, o  asesoramiento 
 
FASE 
ECOMOMICA 
FASE 
TECNICA 
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diseñar partes de máquinas o equipos para la nueva empresa o desarrollar un esquema de 
distribución de la planta para coordinar la operación completa. 
 
En muchos casos, se utiliza el término ingeniería de proceso en relación con la evaluación 
económica y con el análisis económico en general de procesos industriales, mientras que diseño 
de procesos se refiere al cálculo de equipos e instalaciones necesarias para realizar el proceso, 
algunos ingenieros limitan el alcance del término de diseño de plantas a las cuestiones 
directamente vinculadas con la planta, como: 
 
 
 
 
 
 
Se pueden distinguir los siguientes términos: 
 La industria química, que es el conjunto de actividades dedicadas a la manufactura de 
elementos químicos y de sus compuestos y derivados. 
 Una empresa química es una unidad económica de producción y distribución de los 
productos químicos. 
 Una planta química es la parte de una empresa dedicada expresamente a la producción 
química. La ubicación de una de estas plantas químicas tiene que tener en cuenta una serie 
de condiciones, como la distancia a los puntos de obtención de las materias primas, etc. 
Todo proceso industrial nace en un laboratorio, donde se hacen los cálculos precisos, pero el 
proyecto del proceso en una planta de producción debe prever aspectos que no se consideran en 
un laboratorio antes de la puesta en marcha de un proceso de producción. Para ello se construyen 
las llamadas plantas piloto, donde se comprueba la viabilidad del proceso de fabricación y se 
evalúan los rendimientos y los posibles riesgos sobre un funcionamiento muy parecido al que 
tendría la planta definitiva. 
3.1 Tipos y sectores de la industria química 
La preparación industrial de un producto suele ser muy diferente (en cuanto a los procesos 
utilizados) a la obtención de dicho producto en un laboratorio, pues en éste último se suelen 
utilizar métodos más sencillos, pero menos eficaces. En un principio las operaciones de la 
industria química tan sólo diferían de las de los laboratorios en pequeñas modificaciones o 
aumentos del tamaño de los aparatos y máquinas utilizadas. En la actualidad cualquier proceso 
químico tiene que seguir una serie de pasos obligados (que asegurarán el perfeccionamiento de 
dicho proceso) antes de convertirse en proceso industrial (además, no se desarrollará a gran 
escala hasta que se haya demostrado su rentabilidad): en primer lugar es necesario un estudio 
detallado en un laboratorio de la viabilidad de las reacciones, estos estudios previos a la 
utilización de una reacción con fines industriales son esenciales y tienen como objetivo el 
conocimiento de las condiciones óptimas en las que se debería llevar a cabo una reacción de 
forma que se obtenga el máximo rendimiento posible en el menor tiempo; tras estos primeros 
estudios se harán ensayos en plantas o instalaciones piloto, momento en el cual habráque 
 su distribución,  sus instalaciones de servicios generales y  su localización. 
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enfrentarse con los problemas prácticos que se plantean en las industrias; una vez hecho todo 
esto, el proceso de producción se llevará a cabo en la planta industrial. 
3.2 Plantas químicas 
Las plantas químicas se clasifican según el tipo de productos que se fabrican, y el empleo que 
después se les da: 
 Plantas químicas básicas o de cabecera En ellas se trabaja con materias primas naturales, 
para fabricar productos sencillos semielaborados (transforman las materias primas como 
hulla, petróleo, gas natural, fosfatos, sal o celulosa en una amplia gama de productos 
como amoniaco, ácidos, alquitranes, carburantes, abonos, cauchos sintéticos, explosivos, 
disolventes, barnices, textiles químicos y plásticos, etc.). Las materias primas que utilizan 
las obtienen del aire (oxígeno y nitrógeno), del agua (hidrógeno, el agua se utiliza como 
disolvente y reactivo), de la tierra (minerales, carbón y petróleo) o de la biosfera (madera, 
caucho, grasas, etc.). Este tipo de industrias se suelen encontrar en lugares cercanos a las 
fuentes de suministro. Requieren grandes inversiones financieras en la forma de capital o 
de infraestructuras y dos de las ramas más importantes de esta industria son la 
carboquímica (en la que el carbón mediante las reacciones de descomposición química 
proporciona alquitrán, amoniaco y benzol, así como ácidos, abonos, gasolina, caucho 
sintético, colorantes y productos plásticos; aunque la carboquímica había sido desbancada 
casi completamente por la petroquímica, ahora puede verse reforzada con las nuevas 
bases industriales y socioeconómicas que contemplan los pros y los contras de la 
dependencia del petróleo para la economía y respecto al medio ambiente) y la industria 
petroquímica (en la cual se refina el petróleo crudo o bruto para elaborar un sinfín de 
productos como keroseno, gasoil, lubrificantes, disolventes, pinturas, detergentes, 
herbicidas, abonos, aislantes, productos sintéticos, cosméticos y plásticos). 
 Plantas químicas intermedias. Los productos intermedios son compuestos estables que 
pueden originar cada uno unos cuantos productos finales, pero que no son directamente 
utilizables por el consumidor. Como ejemplo de este tipo de productos se pueden citar el 
fenol o el cloruro de vinilo, los cuales pueden producir diversas resinas y plásticos. 
 Plantas de química fina. Fabrican productos intermedios pero de elevada pureza y 
rigurosas especificaciones de calidad. Son productos que se emplean en la fabricación de 
preparados farmacéuticos, reactivos de laboratorio, aditivos de alimentación, etc. 
 Plantas químicas transformadoras o finales. Son las que a partir de los productos 
intermedios generan nuevos productos que podrán ser utilizados en otros sectores. Estos 
productos tienen las características deseadas para su uso final, pero todavía no poseen la 
presentación adecuada para su consumo. Tienen un gran valor añadido y están sometidos 
a una gran fluctuación en la demanda 
 Plantas químicas de consumo. Los productos de consumo son los finales, una vez 
envasados, con los aditivos correspondientes y la concentración adecuada para su empleo. 
Una misma industria puede actuar como transformadora y de consumo. Son las que a 
partir de los productos semielaborados provenientes de las industrias de base generan 
nuevos productos que saldrán al mercado o bien podrán ser utilizados en otros sectores. 
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También se pueden clasificar según el volumen de producción y en el grado de diferenciación del 
producto obtenido por una u otra empresa: 
 Productos de gran volumen de producción, no diferenciados según el fabricante. 
 Productos de gran volumen de producción, pero específicos de un fabricante concreto 
 Productos químicos finos, de pequeño volumen de producción no diferenciados. 
 Especialidades, de pequeño volumen de producción y específicos de una marca. 
3.3 Sectores de la industria química 
Se pueden distinguir cuatro grandes sectores: 
 Minería y metalurgia. Aparecen subsectores según el metal o mineral que traten. Los más 
destacables son el sector siderúrgico, el del aluminio y el del cobre 
 Química inorgánica. Incluye la producción de ácidos, bases, óxidos, gases nobles, sales de 
flúor, de cloro, de bromo, de yodo, de azufre, nitrógeno, fósforo y silicio, entre otras, así 
como la producción de agua oxigenada y haluros no metálicos. 
 Química orgánica. Incluye toda la química del carbono y sus derivados. Entre sus 
subsectores se incluye la química farmacéutica, perfumería y cosmética. 
 Química agrícola industrial. Se ocupa de aumentar el aprovechamiento de los productos 
agrícolas, especialmente los no alimentarios. Se persigue la máxima explotación de los 
recursos vegetales. 
A parte de estos campos ya existentes, están apareciendo algunos nuevos dedicados a la 
obtención y explotación de nuevos materiales, a la química medioambiental, etc. 
 
VI. EL PROCESO DE DISEÑO 
 
¿Qué es diseñar? 
Diseño, creatividad, invención 
 
El diseño de ingeniería abarca esencialmente las siguientes tres actividades, entre muchas otras: 
 
 
 
 
 
- La palabra diseño se deriva del latín designare, que significa “señalar o marcar”. 
 
- El diccionario de presenta las siguientes definiciones “esbozar, trazar o planear, como acción o 
trabajo…para concebir, inventar, idear”. 
 
- El diseño de ingeniería ha sido definido como: 
 
Concebir, crear, inventar, idear 
 
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El diseño es un componente universal de la práctica de la ingeniería. Sin embargo la complejidad 
de las cuestiones de ingeniería generalmente requiere que el estudiante disponga de un conjunto 
de problemas bien estructurados, elaborados para conceptualizar temas particulares relacionados 
con un problema específico. Los libros de texto presentan problemas que toman la forma de 
“dadas A, B, C y D, hallar E”. Desafortunadamente, los problemas de ingeniería de la vida real 
casi nunca están estructurados así. Los problemas reales de diseño con mayor frecuencia son no 
estructurados. Así la siguiente expresión gráfica nos da una idea del asunto: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ante este panorama el recién egresado de ingeniería buscará en vano entre sus libros de texto los 
métodos para resolver tal cuestión. Este enunciado no estructurado generalmente lleva a lo que 
algunos llaman “síndrome de la hoja en blanco”. 
 
El ingeniero de diseño, en la práctica, afronta continuamente el desafió de estructurar el problema 
no estructurado. 
  Generalmente, el problema, tal como se le presenta al ingeniero, estará mal definido e 
incompleto. 
  Antes de realizar cualquier intento para analizar la situación planteada, primero debe definir 
con mucho cuidado el problema, mediante un planteamiento de ingeniería, con el fin de 
asegurarse de que cualquier solución propuesta resolverá correctamente el problema 
planteado. 
 
“…el proceso de aplicar las diversas técnicas y principios científicos con el 
objeto de determinar un dispositivo, un proceso o un sistema con detalles 
suficientes que permitan su realización…” 
El diseño puede ser simple o enormemente 
complejo, fácil o difícil, matemático o no 
matemático; y puede implicar un problema trivial 
o uno de gran importancia” 
 
“Lo que se necesita es un cachivache para 
introducir este tiliche en ese orificio en el tiempo 
señalado para la transferencia de este otro 
chisme”. 
 
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Algunas veces otros factores diferentes al costoson los que afectan la decisión final. Como son: 
 
 
 
 
 
 
 
 
Algunos diseñadores, a manera de protegerse, suelen expresar una filosofía conservadora de 
diseño: 
 
 
 
 
 
 
 
¿Eficiencia? Sí, pero al menor costo posible 
 
 
 
No sea que su excelente solución de ingeniería, sea finalmente 
desechada debido que resuelve el problema equivocado; es decir: 
uno diferente del que en realidad tenía el cliente. 
 
Es decir que, contrariamente a muchos de los problemas que resuelve como tarea el estudiante 
de ingeniería química, no hay absolutamente una única solución correcta al problema de 
diseño. Sin embargo, generalmente hay una “mejor” solución. 
 
 
 Contaminación ambiental  Ruido  Número de empleados  Seguridad 
 
En la mayoría de los casos una de las 
alternativas de solución será económicamente 
más ventajosa. 
 
“No importa tanto cuan costosa sea la planta, pero es mejor que inicie sus 
operaciones adecuadamente y opere de manera eficiente desde el principio”. 
¿?!! 
 
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4.1 Los proyectos en ingeniería Química 
Los proyectos en ingeniería química, puede ser divididos en tres tipos, dependiendo del grado de 
innovaciones involucradas:  Modificaciones y adiciones, a una planta existente, usualmente llevado a cabo por el 
grupo de diseño de la planta.  Nueva capacidad de producción para responder a un cambio (aumento) en la demanda. 
Usualmente es una repetición de los diseños existentes, solamente con cambios menores 
en el diseño.  Nuevos procesos, desarrollados desde la investigación en el laboratorio, continuando por 
la planta piloto, hasta un proceso comercial. Aquí deben establecerse los diseños del 
proceso, de las operaciones y de case todas las unidades de equipo. 
 
4.1.1 Organización de un proyecto en Ingeniería Química 
El trabajo de diseño requerido en la ingeniería de un proceso químico de manufactura, puede ser 
dividido en dos grandes fases: 
 
Fase 1: Diseño del proceso, abarcando las etapas desde la selección inicial del proceso hasta la 
confección del diagrama de flujo del proceso, incluyendo la selección, especificación y diseño del 
equipo. En una organización de diseño, esta fase es responsabilidad del grupo de diseño de 
procesos, y el trabajo debe ser realizado principalmente por Ingenieros Químicos. El grupo de 
diseño de procesos puede también ser responsable de la preparación de los diagramas de tubería e 
instrumentación. 
Fase 2: El diseño mecánico detallado del equipo; las estructuras del diseño civil y eléctrico y el 
diseño y especificación de los servicios auxiliares. Estas actividades serán de responsabilidad de 
grupos especiales de diseño, teniendo expertos en las diversas disciplinas de ingeniería. Otro 
grupo especialista será responsable de la estimación de costos, y la compra y obtención de 
equipos y materiales. 
 
La organización de un típico grupo de proyecto se muestra en la figura 1 y la secuencia de los 
pasos en el diseño, construcción y puesta en marcha de una planta de procesos químicos es 
mostrada en la figura B 
 
El proyecto de diseño deberá iniciarse con una especificación clara, definiendo el producto, 
capacidad, materias primas, procesos y lugar de ubicación. Si el proyecto se base en un proceso y 
productos establecidos, debe hacerse una especificación cabal antes de iniciar el proyecto. Para 
un producto nuevo la especificación será desarrollada por una evaluación económica de posibles 
procesos, basados en investigación de laboratorio, pruebas de planta piloto e investigación del 
mercado para el producto. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Fig. 1: ORGANIZACIÓN DE UN GRUPO DE PROYECTO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4.2 Fases del diseño 
Si bien la manera de enfocar los problemas de diseño difiere de un ingeniero a otro y de un 
problema de diseño a otro. La metodología general es similar y se puede resumir en 6 fases 
principales: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Concepción y definición 
Desarrollo del diagrama de flujo del proceso 
Diseño y selección de equipo 
Análisis Económico 
Optimización 
Implantación de la planta 
Organización de la planta 
SECCION DE PROCESOS 
 
Evaluación de los procesos 
Diagrama de flujo 
Especificaciones de equipo 
 
SECCION DE CONSTRUCCION 
 
Construcción y arranque 
SECCION DE 
ADQUISICION 
Valoración 
Inspección 
Inventario 
SECCIONES ESPECIALIZADAS DE DISEÑO 
 Distribución 
- Trabajos civiles y 
estructurales 
- Servicios 
 
- Tuberías y accesorios 
- Electricidad 
 
Equipamiento de 
maquinarias y 
equipos de procesos 
 
DIRECTOR 
DEL 
PROYECTO 
- Recipientes 
- Control e 
instrumentación 
- Compresores, 
bombas y turbinas 
Reporte 
Técnico 
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4.2.1 Concepción y definición del proyecto 
 
Este primer paso con frecuencia es realizado por usted, por su jefe, un cliente, o algunas personas 
a quienes concierne el proyecto, diciendo: “Lo que se necesita es…”. Típicamente este enunciado 
será breve y carente de detalle. Quedará muy lejos de proporcionarle un enunciado de problema 
estructurado. 
 
Podemos resumirlo de la siguiente forma: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Eliminación de posibilidades 
Cuando el análisis técnico indica que hay algunos diseños potencialmente viables, el óptimo o 
mejor disponible debe ser seleccionado. El proceso de selección generalmente incluye un análisis 
comparativo de las soluciones de diseño disponibles. Una matriz de decisión ayuda algunas veces 
a identificar la mejor solución, y obliga a considerar una variedad de factores en forma 
sistemática. 
 
Definición de condiciones y capacidades 
A estas alturas ya se conocen la (s) materia (s) prima (s), los productos y los procesos que son 
objeto de estudio, luego se deberá definir las principales variables de cada alternativa. Esta etapa 
contiene un elemento de arte, de esta manera, la habilidad se desarrolla con la experiencia 
práctica y teórica. 
 
 
 
 
1 
Entendimiento del proceso 
2 
Eliminación de 
posibilidades 
(Seleccionar) 
3 
Definición de condiciones y 
capacidades 
Tabla de decisiones 
Sentido común, 
intuición, 
experiencia 
Información de la empresa 
Manuales de Ingeniería Química 
Revistas Técnicas, Tesis de grado 
Congresos, Consultores 
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4.1.3 Desarrollo del diagrama 
Una vez que sea identificada la necesidad, la solución del problema de diseño tendrá 
posiblemente una serie de posibilidades de solución, un consejo muy acertado es partir con la 
generación del diagrama de flujo del proceso, el cual reducirá la complejidad del problema. 
 
El diagrama de flujo indica la secuencia de equipos y operaciones unitarias en el proceso 
completo, para facilitar la visualización de los procedimientos de producción y para indicar 
transferencia de masa y de energía. Existen diagramas de flujos cualitativos y cuantitativos, los 
cuales muestran información necesaria en un proceso determinado. 
 
Los diagramas de flujo deben contener además de símbolos normalizados que representan a los 
equipos, líneas de flujo de las corrientes del proceso, número de equipos, condiciones a las que se 
lleva a cabo los procesos (temperatura, presiones, flujos, etc.). Estos datos podrán ser datos de 
entrada del proceso o ser calculados con las formulaciones de balances de masa y de energía. 
 
4.1.4 Diseño del equipo 
El Costo del equipo es un elemento importante en el proceso económico. El diseño parcial, 
cuando menos, es necesario antes que puedan establecerse los costos del mismo. 
 
Para los estimados del pre-diseño, el equipo debe ser especificado rápidamente y sin gran detalle.Una vez que se ha decidido positivamente por el equipo, se procede a diseño detallado del 
proyecto (Ingeniería de detalle). Las técnicas de precisión necesarias para esta tarea son 
similares a las empleadas en operaciones unitarias y/o cinética, pero todos los detalles tales como 
por ejemplo: 
  la disposición de los tubos,  el espesor de las paredes de los recipientes,  los materiales de construcción  los planos, etc. 
 
Deben especificarse hasta el grado de que se pueda: 
 
 
 
 
 
 
4.1.5 Análisis económico 
¿Qué recuperación puede esperarse del dinero invertido?. Para contestar esta pregunta se debe 
realizar un análisis económico, es decir, los costos del proceso deben combinarse con los de 
materia prima, mano de obra, equipo y otros costos para proporcionar un estimado económico 
exacto para el prospecto de la operación de manufactura. El valor del dinero en el tiempo, la 
inflación, los impuestos y otros factores influyen en las ganancias. Estos aspectos serán 
estudiados con más detalle en próximos capítulos. 
 
 ordenar el equipo a algún proveedor o  proceder a su fabricación en planta. 
 
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4.1.6 Optimización 
Optimización, en el ámbito de la ingeniería, es un término técnico que tiene una connotación de 
medición cuantitativa y análisis matemático, lo que implica encontrar el mejor método para llevar 
a cabo un proceso, es decir alcanzar un punto óptimo. 
 
En este contexto la optimización del diseño se entenderá la acción de elegir la mejor manera de 
realizar cualquier proceso u operación de entre las diversas alternativas existentes. 
 
El ingeniero Químico es el responsable de esta tarea para ello debe incorporar a su diseño los 
métodos y equipos que permitan obtener resultados óptimos. 
 
El término diseño óptimo debe ser entendido en un contexto técnico y económico, así: 
 
 
 
 
 
 
 
Diseño económicamente óptimo 
Consiste en seleccionar un proceso, operación o equipo de tal modo que el costo total sea 
mínimo. Cuando existen varias opciones técnicamente económicas. 
 
Los gastos variables anuales totales incluyen: los gastos de operación variables anuales y los 
gastos variables anuales relacionados con el capital (costo fijo). En la figura 2. Se muestra 
esquemáticamente la forma de evaluar una solución óptima económica. 
 
Diseño operativo óptimo 
La gran mayoría de los procesos químicos requieren condiciones definidas para sus variables de 
proceso con miras a la optimización de resultados óptimos. (Temperatura, presión, tiempo, etc.). 
En muchos casos es posible separar parcialmente estas condiciones óptimas del proceso de 
consideraciones económicas. En este caso la optimización se denomina diseño operativo óptimo. 
Sin embargo es bueno recordar que las decisiones cuantitativas, en su gran mayoría, están 
determinadas con consideraciones económicas. Por ello el diseño operativo óptimo es tan solo un 
paso en el desarrollo de un diseño óptimo económico. En la figura 3 se muestra 
esquemáticamente un ejemplo de un diseño operativamente óptimo. 
 
En posteriores capítulos se estudiaran con más detalle las técnicas adecuadas para lograr un 
diseño óptimo. 
 
4.1.7 Implantación de plantas – distribución en planta 
Es el proceso de ordenación física de los elementos industriales de modo que constituyan un 
sistema productivo capaz de alcanzar los objetivos fijados de la forma más adecuada y eficiente 
posible. Esta ordenación ya practicada o en proyecto, incluye tanto los espacios necesarios para el 
movimiento del material, almacenamiento, trabajadores indirectos y todas las otras actividades o 
servicios, como el equipo de trabajo. Es decir conseguir un movimiento seguro y económico del 
material y los operarios involucrados en la planta de producción 
- Diseño económicamente óptimo, 
- Diseño operativo óptimo 
 
 
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4.1.8 Organización de la planta 
La organización es el proceso donde se determina la estructura orgánica, los procedimientos, los 
sistemas de trabajo y la distribución apropiada de los recursos humanos de la planta. 
 
4.1.9 Reporte técnico 
El informe técnico del diseño, puede representar el único producto tangible de meses o años de 
trabajo. Un reporte eficiente no puede ser preparado con un esfuerzo deficiente de ingeniería, 
pero un reporte malo puede, a menudo lo hace, oscurecer de algún modo una ingeniería 
excelente. 
 
 
 
 
 
 
La comunicación de ideas y resultados es un aspecto muy importante de la ingeniería. Los 
ingenieros en la práctica de su profesión dedican una gran parte de su tiempo a la comunicación 
con otros, ya sea verbal o por escrito. Redactan propuestas e informes técnicos, realizan 
presentaciones e interactúan con el personal de apoyo. Cuando se realiza un diseño, generalmente 
es necesario presentar los resultados a un cliente, a colegas o un jefe. La forma usual de 
presentación es un reporte técnico formal Por lo tanto, es muy importante que el estudiante de 
ingeniería desarrolle aptitudes de comunicación. 
 
 
El esquema o croquis de diseño 
 
 
 
 
 
 
 
 
El diseño de ingeniería usa el dibujo como una forma de comunicar y documentar ideas. Los 
ingenieros de diseño y el resto de los componentes del equipo de diseño deben hablar el mismo 
idioma: El idioma del dibujo técnico industrial. Un diseñador de ingeniería, aunque no sea el 
responsable de la producción del dibujo en sí, debe ser capaz de entender todos los aspectos de la 
imagen. Mínimamente, debe ser capaz de hacer bosquejos que se le puedan dar al dibujante 
técnico para la preparación del dibujo final. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Puede usted ser la persona más lista en el mundo, pero nadie lo sabrá si usted 
no sabe comunicar sus ideas de manera clara y concisa. 
“Un dibujo 
 vale más que mil Palabras” 
 
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4.1.9.1 Estructura del reporte 
En un reporte técnico se tiene tres objetivos principales: 
 
 
 
 
 
 
 
 
Un bosquejo rígido para todos los reportes y situaciones es inflexible. Pero para un comienzo es 
útil un formato de esqueleto. 
 
Un reporte técnico contiene cuatro divisiones: 
 
 
 
 
 
 
 
 
1. Presentar información técnica 
2. Servir como depósito de datos 
3. Promover o definir la acción 
 
 
- Un segmento de procedimiento inicial, 
- El resumen, 
- Un cuerpo, 
- Un segmento de procedimiento final. 
 
 
Cuenta la historia que al principio, Dios, después de crear la 
especie humana, definió las profesiones. “Anticipando que 
finalmente habría disputa entre los químicos e ingenieros, 
Dios decidió asentar la sucesión de una vez por todas, por lo 
que dictó a su mecanógrafo: 
 
“todo lo que hace un ingeniero químico es correcto (right).” 
 
Infortunadamente, el mecanógrafo del Señor escribió mal la 
última palabra. 
En ocasiones, muchos de nosotros podemos estar de acuerdo 
en que todo lo que un ingeniero químico hace es escribir 
(write ). Alguien siente que no siempre lo hacemos muy bien 
y que a veces empeoramos. 
(Ulrich) 
DISEÑO DE PLANTAS QUIMICA 16/24 
INTRODUCCION AL DISEÑO DE PLANTAS DE PROCESO 
Ma. Elena Tovar de Rivera 
 
4.1.9.2 Documentación del proyecto 
Como muestra en la Fig. 1 y descrita en la sección 4.1.1, el diseño y construcción de un proyecto 
en ingeniería química requiere la cooperación de muchos especialistas. La cooperación efectiva 
depende del grado de comunicación entre los diferentes grupos, toda organización de diseño tiene 
procedimientos formales para manipular información y documentación del proyecto. La 
documentación del proyecto incluirá: 
1. correspondencia general dentro del grupo de diseño y con:  departamento de administración  Vendedores de equipo  Personal local  Clientes 
 
2. Hojas de cálculo Cálculos de diseño  Estimación de costos 
 
3. Dibujos (planos) 
  Diagrama de flujo (flowsheets)  Diagramas de tuberías e instrumentación  Diagramas de distribución (layout)  Planos de lugar de ubicación (implantación) 
 
4. Hojas de especificación de componentes  Equipo principal  Equipo auxiliar 
 
5. Ordenes de compra  Cotizaciones  Facturación 
 
4.1.9.3 Hojas de cálculo 
El ingeniero de diseño debería desarrollar el hábito de hacer los cálculos de tal manera que 
puedan ser fácilmente entendidos y comprobados por otros. Es buena práctica el incluir en los 
cálculos las hojas de base de cálculos y cualquier asunción y aproximación hecha, con suficiente 
detalle sobre los métodos, modelación y además de las operaciones aritméticas; para ser 
verificados. 
 
4.1.9.4 Dibujo en ingeniería 
En general hace mucho tiempo, el dibujo ha sido el medio más importante de transmisión de 
ideas mediante líneas. 
El diseño de ingeniería usa el dibujo como una forma de comunicación y documentar ideas. 
Un diseñador aunque no sea responsable por la producción del dibujo técnico en sí, debe ser 
capaz de interpretar los planos y por lo tanto debe entenderlos. 
DISEÑO DE PLANTAS QUIMICA 17/24 
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Ma. Elena Tovar de Rivera 
 
Los dibujos de ingeniería presentan información técnica a muchos individuos que pueden ser 
ingenieros, gerentes, proveedores, mecánicos instaladores o reparadores. Por lo tanto para que 
éstos sean comprendidos deben ser sometidos a ciertas normas de exigencia. 
En el campo de Ingeniería Química, el dibujo tiene que ver con los diagramas y el diseño de 
equipos de plantas. El ingeniero químico debe tener buena información respecto a los tipos de 
maquinaria empleada tales como molienda, secado, mezclado, evaporado, destilación, etc. Y debe 
ser capaz de diseñar o seleccionar maquinaria transportadora de material sólido y fluido. 
Para esto se debe tener conocimiento de los principios del dibujo de ingeniería, normas, etc. 
Actualmente se hace uso de sistemas de diseño tales como el CAD (Diseño Asistido por 
Computador) los cuales son ampliamente utilizados. 
En resumen todos los dibujos del proyecto son hechos normalmente en hojas normalizadas con el 
nombre de la compañía (si es el caso), título y número del proyecto; título del dibujo y número de 
identificación, nombre del dibujante y número de identificación, claramente colocados en un 
recuadro en la parte inferior de la página. Los dibujos deben confeccionarse con símbolos 
convencionales y normalizados. 
 
4.1.9.4 Hojas de especificaciones 
Normalmente se usan hojas de especificaciones estándares para transmitir la información 
requerida para detallar el diseño o adquirir los equipos tales como intercambiadores, bombas, 
columnas, etc. La información debe ser presentada clara y sin ambigüedades, para chequear las 
listas de equipos y verificar que toda la información requerida este incluida. 
 
4.1.9.5 Manuales de proceso 
Los manuales de proceso son frecuentemente preparados por el grupo de diseño de procesos para 
describir el proceso y las bases de diseño del mismo. Junto con los “flowsheets”, ellos 
proporcionan una descripción técnica del proceso. 
 
4.1.9.6 Manuales de operación 
Los manuales de operación dan las instrucciones pormenorizadas, paso a paso para la operación 
del equipo de proceso. Ellos normalmente deben ser preparados por el personal operativo de la 
compañía, y deberán usarse para la instrucción y adiestramiento de los operarios. 
 
V. CONSIDERACIONES PRÁCTICAS EN EL DISEÑO 
- El ingeniero debe tomar en cuenta los problemas físicos involucrados en la operación final y 
en el mantenimiento del equipo. Es decir cuando se realiza la distribución de la planta, las 
válvulas de control más importantes deben ubicarse en lugares fácilmente accesibles por los 
operarios. Debe existir espacio suficiente para la operación de mantenimiento. (revisar, 
desarmar, reparar un determinado equipo) 
 
- Si bien es posible determinar con exactitud por ejemplo el diámetro de la cañería para un 
diseño económicamente óptimo, (3.45 pulg.), pero sería poco práctico mandar a fabricar un 
caño de este diámetro interno, el ingeniero debe elegir un diámetro estándar (3 ½ pulg.) de 
manera que las tuberías se puedan adquirir en el mercado normal. 
 
 
 
 
Una regla general de diseño de equipos establece que siempre que resulte 
posible debe optarse por partes o equipos estándares. 
 
DISEÑO DE PLANTAS QUIMICA 18/24 
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Ma. Elena Tovar de Rivera 
 
 
- En una columna, por ejemplo por cálculo analítico se ha determinado el plato de 
alimentación, pero las condiciones de la columna pueden variar en la práctica, por lo que es 
bueno prevenir e incluir diversas entradas en los platos de encima y por debajo del plato 
calculado. 
 
Estos son algunos de los problemas prácticos que debe enfrentar un ingeniero Químico en el 
momento de diseñar una planta. Es decir que las leyes y principios económicos deben combinarse 
con una comprensión de los problemas prácticos comunes. 
 
IX. EL ENFOQUE DEL DISEÑO 
El enfoque general de todo diseño de planta supone una combinación cuidadosamente balanceada 
de la teoría, práctica, originalidad y sentido común. 
 
En el trabajo de diseño, se debe manejar muchas clases diferentes de información: experimental, 
analítica y empírica. Se puede obtener de bibliografía valores exactos, por ejemplo: capacidades 
caloríficas, densidades, datos de constantes de equilibrio líquido-vapor, propiedades física, etc. 
Pero no siempre se dispone de valores exactos, entonces se puede obtener valores aproximados 
utilizando métodos que permitan estimarlos. (por ejemplo uso de la ley de los gases ideales para 
una característica de un gas real como son el aire, los hidrocarburos de baja masa molecular, el 
error que se comete al usar esta ley es despreciable con respecto a otras incertidumbre propias de 
cálculos de diseño.) 
 
Al enfocar el problema de diseño, el ingeniero debe formular hipótesis porque no siempre 
existen valores absolutamente exactos o métodos de cálculo adecuados. En otros casos se usan 
métodos aproximados porque el tratamiento exacto supondría cálculos largos y laboriosos sin que 
la exactitud mejore apreciablemente. Al introducir hipótesis en el cálculo también se introduce 
cierta incertidumbre en sus resultados por lo que las suposiciones deben hacerse cuando son 
necesarias y son correctas en su esencia. 
 
Otro aspecto que el ingeniero no debe perder de vista es que cualquier problema de diseño esta 
dado por las condiciones y limitaciones económicas. Debe tener presente los costos y los 
probables beneficios. Debe tomar en cuanta el volumen de producción. Debe preguntarse ¿Qué 
tipo de producto desea el cliente? 
 
X. CALIDAD EN EL DISEÑO 
Es un hecho que muchos problemas en la fabricación y en uso de un producto tienen su origen en 
la fase de diseño. El 70 – 80% de todos los problemas, costos y retrasos han nacido en el 
Departamento de Ingeniería. Además parece que la introducción de la preocupación por calidad 
entre los diseñadores, es bastante difícil. 
 
Los diseñadores tienen una mentalidad creativa y no les gusta trabajar con muchas reglas o 
sistemas, para ellos esas reglas y sistemas son nada más que obstáculos para su creatividad. Por la 
posición estratégica que ocupa el proceso de diseño dentro una empresa, es importante que un 
diseñador encuentre el equilibrio entre las diferentes zonas de tensión en las que tiene que 
trabajar 
 
DISEÑO DE PLANTAS QUIMICA 19/24 
INTRODUCCION AL DISEÑO DE PLANTAS DE PROCESO 
Ma. Elena Tovar de Rivera 
 
La Calidad en el diseño se logra en general al aprender a manejar las siguientes tres zonas de 
tensión: 
 
 
 
 
 
 
1. La zona de tensión entre: Sueño y Acción 
 Diseñar y desarrollar siempre se hace con la intención de introducir algo nuevo o mejor en el 
mercado, sin embargo relativamente pocas empresas logran introducirun nuevo producto de 
buena calidad de una sola vez en el mercado. Por lo general la causa de eso es que el Diseño no 
satisface las demandas del cliente, porque evidentemente existen muchas condiciones limitadas. 
(la Acción). 
 
2. La zona de tensión entre: Precios y Prestación 
La calidad en el mundo comercial se define con la relación entre el precio y la prestación. 
Uno de los criterios más importantes que definen la calidad de un diseño son los costos que 
derivan por el fabricante y el cliente. Esos costos determinan en su mayor parte el precio de 
venta. 
 
Para el fabricante los costos son: 
- Costos de producción (incluso los costos internos de calidad) 
- Costos de asistencia post-venta (servicio, reparaciones, garantía, costos externos de calidad) 
- Costos de responsabilidad por el producto (ley internacional) 
 
Los costos para el cliente son: 
- Costos de empleo/costos de operación 
- Costos de mantenimiento 
- Costos de seguridad (fallo – accidentes) 
 
3. La zona de tensión entre: Creatividad y Reglas 
La primera condición para obtener una empresa innovadora, es obviamente tener personal técnico 
de alta calidad. Además el personal tiene que ser motivado y tiene que tener una mente creativa. 
Sin embargo un problema es que los “técnicos de mercado” y los diseñadores tiene una 
perspectiva diferente sobre el mismo producto. Para lograr algo y para obtener óptimos 
resultados, los departamentos tienen que trabajar juntos y comunicarse entre ellos. 
 
 
 
 
 
 
 
Hay que dar espacio libre al personal, para que miren más adelante, eso crea espacio para 
iniciativas propias. Al lado de eso hay reglas que tienen que ser mantenidas estrictamente, como 
1. La zona de tensión entre: Sueño y Acción 
2. La zona de tensión entre: Precio y Prestación 
3. La zona de tensión entre: Creatividad y Reglas. 
 
 
Franqueza y flexibilidad estimulan la 
innovación en una empresa. 
 
DISEÑO DE PLANTAS QUIMICA 20/24 
INTRODUCCION AL DISEÑO DE PLANTAS DE PROCESO 
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las normas para dibujos de diseños, cálculos de fuerzas, planificación del diseño y verificación 
del diseño (control) 
 
 
 
 
 
 
Las dos actitudes (innovadora y controladora) son importantes. El equilibrio entre las dos 
actitudes genera resultados en una empresa. 
 
 
 
 
 
 
Creatividad 
El diseñador tiene que ser creativo encontrando la solución óptima, cuando se trata de: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Reglas 
El diseñador tiene que seguir las reglas técnicas profesionales estrictamente, pero también las 
reglas nacionales e internacionales. Como: 
 
 
 
 
 
 
 
Además tiene importancia que hoy día el productor sea responsable por lo que ha hecho 
(responsabilidad por el producto). La argumentación en caso de daño, se desplaza desde el 
usuario hasta el proveedor, y él tiene que demostrar que ha tomado todos los pasos adecuados y 
necesarios para obtener un producto seguro. También por esta razón existe la necesidad de 
manejar sistemas de control y aseguramiento de la calidad durante el proceso de diseño (ISO-
9001) 
 
Es una tarea compleja, pero retadora para la gerencia de un departamento de diseño para 
encontrar y mantener este equilibrio 
 
Control significa disciplina, mantener 
las normas, reglas y acuerdos. 
 
Control sin innovación produce paralización 
Innovación sin control produce grandes riesgos 
 
- Diseño para clientes 
- Diseño para la producción 
- Diseño para la instalación 
- Diseño para mantenimiento 
- Diseño para el ambiente 
- Diseño a un precio competitivo 
 
- Determinaciones de la ley (nacional e internacional) 
- Determinaciones ambientales 
- Preceptos de seguridad 
- Certificación de la seguridad del producto 
- Certificación de la calidad del sistema 
 
DISEÑO DE PLANTAS QUIMICA 21/24 
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Resumen de Calidad en Diseño 
 
Objetivos de Calidad para nuevos productos: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Aseguramiento del proceso 
 
 1. Objetivos 
 
 
 
 4. Iterar y mejorar 
 
 
 
 
 3. Controlar 
 
 Ciclo de control 
Este equilibrio se llama: 
“Una creatividad controlada” 
 
2. Realización 
- Performance 
- Estética 
- Precio competitivo 
- Simplicidad del uso 
- Aseguramiento de post – venta 
- Seguridad del uso 
- Entrega a tiempo 
- Productivo 
- Confiabilidad 
- Mantenibilidad 
- Durabilidad 
- Una atención rápida, amable y eficiente a las quejas 
- Compatibilidad ambiental 
 
Para proseguir con el mejoramiento continuo en una empresa, la atención a la 
calidad de diseño tiene una gran importancia. 
 
DISEÑO DE PLANTAS QUIMICA 22/24 
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XI. TECNOLOGIA CAD 
El ingeniero Químico tiene muchas herramientas que puede usar para el desarrollo de una 
adecuado diseño de plantas. Muchos problemas encontrados en el desarrollo y diseño de procesos 
pueden ser resueltos rápidamente con alto grado de perfección con el uso de computadores de alta 
velocidad y al menor costo que con un calculador manual. 
 
Generalmente los factores de seguridad y sobre diseño, pueden reducirse con un ahorro sustancial 
en la inversión de capital como muchos cálculos son por naturaleza repetitivos y entonces son 
fácilmente adaptables a una solución por computadora. 
 
9.1 Hacia la automatización de la producción 
CAD – Computer Arded Design (Diseño Asistido por Computadora) 
CAM – Computer Arded Manufacturing (Fabricación Asistida por Computadora) 
CAE – Computer Arded Engeneering (Ingeniería Asistida por Ordenador) 
 
. 
 
 
 
 
 
 
El Diseño Asistido por Computadora es un sistema que ofrece la posibilidad de crear y de 
transformar informaciones gráficas en datos digitales que pueden ser tratados por un ordenador y 
conservados en una base de datos. 
 
Tecnología CAD es una tecnología de diseño que:  Ofrece la posibilidad de crear y transformar información gráfica en datos digitales que pueden 
ser tratados por una computadora.  Libera al ingeniero de las tareas engorrosas y rutinarias de proceso de diseño.  Permite al diseñista disponer de más tiempo para las tareas creativas.  Permite un nivel de calidad y costo inalcanzable. 
 
9.2 la importancia estrategia del CAD 
La posición de una empresa en el mercado está determinada por una cantidad creciente de 
factores. 
 
 
1. Define los objetivos de calidad de su proyecto que 
concuerdan con las necesidades y especificaciones del 
cliente. 
2. Realice estos objetivos en una manera controlada. 
3. Controle si los objetivos se han cumplido. 
4. Tome acciones para el mejoramiento. 
 
Precio, la calidad y el tiempo de entrega. 
Es un paso más hacia la automatización total de la 
empresa, que se centra en el diseño de productos y en su 
posterior fabricación. 
DISEÑO DE PLANTAS QUIMICA 23/24 
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La disponibilidad de la información adecuada en el momento adecuado es de importancia vital. 
 
La base del suministro de información está en los datos de producto o de diseño. Las aplicaciones 
CAD contribuyen a la disponibilidad rápida de información actualizada en las diferentes fases de 
un proceso productivo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
9.3 CAD como sistema de diseño inteligente 
Los sistemas CAD actuales ofrecen muchas posibilidades para vincular aplicaciones diferentes, 
propias del proceso productivo con el sistema. Algunas aplicaciones en base a sistemas CAD son: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
El CAD está a la cabeza de la automatización del 
proceso primario y por ello influye en las demás 
fases del proceso. 
1. Generación automática de lista de partes (equipos) 
2. Recuento de cantidades para la elaboración de lista de materiales 
3. Transmisión directa de valores de parámetros desde un programa de cálculo y/o 
simulación hacia el sistema CAD 
4. Introducción automática de datosgeométricos desde el sistema CAD hacia un 
sistema de programación con control numérico 
5. La vinculación de lista de partes del diseño con tareas de fabricación y 
mantenimiento 
6. Vinculación directa de datos del diseño con el sistema de gestión de la producción, 
para fines logísticos. 
En la forma actual, el CAD no excluye la inteligencia humana al no 
automatizar el proceso creativo. La capacidad del ordenador se aplica a la 
realización de operaciones no creativas y engorrosas. 
Los sistemas CAD se utilizan frecuentemente sólo como - sistemas de 
dibujo – quedando sin aprovechar de este modo los recursos de estos 
sistemas para la generación de diseño. 
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 OPTIMIZACION DEL DISEÑO 
 
Fig. 2 Optimización Económica 
 
 
 Valores de optimización
0
50
100
150
200
250
300
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Variable de optimización
G
a
s
to
s
 v
a
ri
a
b
le
s
 u
n
it
a
ri
o
s
 a
n
u
a
le
s
Gastos variables 
anuales totales 
Gastos variables 
anuales relacionados 
con el capital. 
 
Gastos de operación 
variables anuales 
Vopt. 
Temperatura óptima de operación
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
1 2 3 4 5 6 7
Tempetratura en el convertidor, C
%
 de
 S
O2
 e
n l
a e
nt
ra
da
, c
on
ve
rti
do
 
a S
O3
 (r
en
dim
ien
to
)
Fig. 3 Optimización operativa 
Conversión determinada 
por la velocidad de la 
reacción entre SO2 y O2 
Conversión determinada 
por el equilibrio entre 
SO2, O2 y SO3 
Topt.