5. Diagramas P&I

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.

Símbolos básicos

Válvulas de control

Cerrada en falla

Instrumentos y Controladores

La primera letra indica la propiedad o variable medida; por ejemplo,F=flujo. Las letras subsecuentes indican la función; por ejemplo,I = indicadorRC = controlador grabador

Las líneas de instrumentación deben ser diferenciadas de las líneas deproceso. Por ejemplo para un ciclo de control,

Selección de válvulas

1. Válvulas para bloqueo2. Válvulas de control

Válvula de compuerta(Gate Valve)

Válvula de macho(Plug Valve)

Válvula de bola(Ball Valve)

Válvula de globo(Globe Valve)

Válvula de diafragma(Diaphragm valve)

Válvulas de retención(Check valve)

Válvulas de mariposa(Butterfly valve)

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.

Las bombas centrífugas son caracterizadas por su velocidad específica,

Caídas de presión en sistemas de tuberías

Para flujo laminar,

Para flujo turbulento,

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.

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

Requerimientos de energía

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

Curvas características para bombas centrífuga

Ejercicio 5.3 Un líquido es bombeado desde un tanque de almacenamiento hasta unacolumna de destilación, usando una bomba centrífuga. La tubería es de acerocomercial, tiene 80 mm de diámetro interno nominal y 100 m de longitud. Las pérdidasmisceláneas son equivalentes a 500 diámetros equivalentes. El tanque dealmacenamiento opera a la presión atmosférica y la columna a 1.7 bara. El nivel delíquido más bajo en el tanque será 1.5 m sobre la entrada a la bomba y el punto dealimentación a la columna es 3 m por encima de la entrada a la bomba. Grafique lacurva del sistema sobre la curva característica de la bomba y determine el punto deoperación y eficiencia de la bomba. Las propiedades del fluido son: densidad 900 kg/m3, viscosidad 1.36 mNm-2s.

BombaCabeza de líquido (m)

Tasa de flujo (m3/h)

Eficiencia

19 35 7718 40 7917 44 8016 48 7914 53 77

Cabeza de succión neta positiva

Ejercicio 5.4 Cloro líquido es descargado en un tanque dealmacenamiento. Para proveer la NPSH necesaria, la bomba escolocada bajo el nivel del suelo. Dada la siguiente información, calculela NPSH disponible en la entrada de la bomba, para una velocidad deflujo máximo de 16000 kg/h. La longitud total de tuberías desde eltanque de salida a la entrada de la bomba es 50 m. La distanciavertical desde el tanque de salida a la bomba es de 12 m. Se utilizatuberías de acero comercial de 50 mm de diámetro interno. Laspérdidas misceláneas son 900 diámetros equivalentes. La presión devapor del cloro es 685 kN/m2, y su densidad y viscosidad 1286 kg/m3 y0.364 mNm-2. La presión en el tanque es de 7 bar.

Sistemas de control típicos

Control de nivel Control de presión

Control de flujo

Intercambiadores de calor

Vaporizador Control de razón

Columnas de destilación

Reactores

6. Costos y evaluación del proyecto

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

Capital fijo y capital de trabajo

Capital de trabajoInversión adicional necesaria parala puesta en marcha y operaciónde la planta.- Puesta en marcha- Cargas iniciales de catalizador- Materias primas- Inventarios de producto

finalizado.- Fondos para cubrir sumas

pendientes de los clientes.

Capital fijoCosto total de la planta en elmomento en que se encuentralista para la puesta en marcha.- Diseño, actividades de

ingeniería, supervisión de la construcción.

- Equipos e instalación.- Tuberías, instrumentación,

sistemas de control.- Edificios y estructuras.- Utilidades, servicios, obras

civiles.

Escalamiento de Costos (Inflación)

Bañoelen costodeÍndiceA año elen costo de Índice B año elen CostoA año elen Costo ×=

EjercicioEl costo de compra de un intercambiador tubular, coraza de acero alcarbono, tubos de acero inoxidable, área de transferencia de calor de500 m2, fue de L 50000 en enero de 1988. Estimar el costo en enerode 1999.

Estimación rápida de costos de capital

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

1

212 S

SCC

C2 = Costo de capital del proyecto con capacidad S2C1 = Costo de capital del proyecto con capacidad S1

El valor de n es tomado por lo general como 0.6

Ejercicio 6.2Obtener una estimación del costo de una planta para producir 750 tonpor día de ácido sulfúrico, a partir de azufre. (1998) En 1987, el costo de producción de 100 ton por día de H2SO4 era de3.8 × 106 US dollars

Métodos del número de etapas

Para 1998 y plantas con capacidades bajo 60000 toneladas por año,

y sobre 60000 toneladas,

C=Costo de capital en libras esterlinasN=Número de unidades funcionalesQ=Capacidad de la planta, toneladas por añoS=conversión del reactor

30.0

sQ N 130000C ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

675.0

sQ N 150C ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

reactor al entrante masadeseado producto del masas =

Para procesos en fase gaseosa,

esterlinas libras Q N 8000C 0.615=

dollars USQ N 13000'C 0.615=

EjercicioEstimar el costo de capital para la siguiente planta, La producción essuperior a 60000 toneladas por año.

Método factorial

Cf=fLCe

Cf = Costo de capital fijoCe = Costo total de los equiposfl = Factor de Lang

fl=3.1 para plantas de procesamiento de sólidosfl = 4.7 para plantas de procesamiento de fluidosfl = 3.6 para plantas de procesamiento de sólidos y fluidos

Costos de operación

Costos de operación variablesVarían con la cantidad deproducción.Costos variables-Materia primas-Otros materiales-Utilidades y servicios-Empacado, traslado

Costos de operación fijosNo varían con la producciónCostos fijos-Mantenimiento-Labores de operación-Costos de laboratorio-Supervisión-Cargas de capital-Licencias-Seguros-Tasas de interés

Estimación de costos de los equipos

EjercicioSe 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 añoVapor: 300 kg/hAgua de enfriamiento: 4500 kg/hPotencia eléctrica 500 MJ/dPérdidas estimadas de solvente: 15 kg/d (Precio: $300/kg)Estimar el capital requerido para este proyecto y los costos de producción anual.

Evaluación económica de proyectos