Tema

Maquinaria y Equipos en Ingeniería Química
Hoja: 1/9
María Elena Tovar Moya
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
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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.
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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.
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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
Dimensiones, forma de cabeza, materiales de construcción.
Reactores
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.
Intercambiado-res
calor y hornos
de 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
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III. Parámetros para la selección/diseño de equipos de proceso








Mezcladores
Recipientes de proceso
Bombas
Reactores
Separadores





Equipo de aumento de
tamaño
Recipientes de
almacenamiento







c
c

 se requiere normalmente
c en general se calcula en el diseño
s información que suele ser necesaria
e

c

c


Tamaño de partícula
Tamaño de partícula
c
c
s
c
c
c

c
c
c
c




Coef. T. Calor
c
s

c
c
c
s
c





c

s










Flujo/
capacidad
Transportadores
Molinos, trituradoras
Impulsores
Evaporadores
Hornos
Compresores, extractores
Equipo de contacto
Gas- sólido
Intercambiadores de Calor
s
Servicios
e
s
Otras necesidades
Carga de
calor
e
Concentrac
ión
Presión
Tipo genérico del equipo
Temperatu
ra
Datos de diseño




s
c




c

Equilibrios y
relaciones
Coef. De
transferencia de calor
Equilibrios y relación
Equilibrios y relación
Caída de presión de
velocidad de sedime.
Tamaño de partícula
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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
2
3
4
5
6
7
8
-
Identificación del equipo
Función
Operación
Materiales que se manipulan
Información básica sobre el diseño
Controles esenciales
Necesidades de aislamiento
Información especial y detalles relacionados con el equipo:
materiales de construcción
juntas
soportes
instalación
fecha de entrega
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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
Espejo o placa de tubos fija
En los tubos:
de dilatación
Fluido Anillo
circulante:
Agua deen la carcasa
Capacidad __3400000___ Btu/hra
enfriamiento.
cuadrados.
Flujo volumétrico: 380 gal/min
Presión
20 psig.
Temperatura 15ºC a 25oC
Material del cabezal: Acero al carbono
En la carcasa:
Fluido circulante: vapores de
metanno.
Flujo másico: 7000 lb/hora
Presión:
Tubos:
1
pulg. diámetro 14BWG .
1,25 “ entre centros
exterior
_470__
ArregloSuperficier
triangular, 225
tubos, cada
uno de pies
8
pies de longitud
2 pasos
Material de los tubos: Acero al carbono.
Carcasa: 22 pulgadas de diametro
1 pasos
(Deflectores transversales: se requiere soporte
para los tubos)
(Deflectores longitudinales: 0)
0 psig.
Temperatura: 65 oC a temp.
Contante.
Material de la carcasa: Acero al carbono.
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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.
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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.