Ingeniería de Procesos: Diseño, Materiales y Gestión de Proyectos Industriales

Principios de Diseño e Ingeniería de Procesos Industriales

Cambiadores de Calor

El diseño y selección de cambiadores de calor implica una serie de pasos fundamentales:

1. Selección del tipo de cambiador: Determinar la configuración más adecuada (tubo y coraza, placas, etc.).
2. Especificación del servicio requerido: Calcular el calor transferido (Q = m(h₂-h₁)).
3. Cálculo del gradiente de temperatura (ΔT_m): Determinar la diferencia de temperatura media logarítmica.
4. Coeficiente de transmisión de calor global (U): Estimar el valor de U para el sistema.
5. Área de transmisión de calor: Calcular el área necesaria para la transferencia de calor.
6. Elección de los materiales de construcción: Seleccionar materiales resistentes a las condiciones de operación.
7. Coste: Evaluar el coste total, incluyendo materiales y longitud del equipo.

Equipos de Transporte y Bombeo

Transporte de Sólidos

Los sistemas de transporte de sólidos incluyen equipos como: cintas transportadoras, tamices, molinos y sedimentadores.

Bombas, Eyectores y Montajes

El diseño de bombas considera los siguientes parámetros clave:

• Capacidad
• Altura de succión (p_s)
• Altura de elevación (p_d) (ΔP = p_d - p_s = presión diferencial)
• Densidad
• Viscosidad
• Temperatura
• Presión del vapor
• Corrosión y abrasión

Compresores, Ventiladores y Soplantes

El diseño de compresores y ventiladores se basa en:

• Caudal
• Presión de entrada y salida
• Temperatura de entrada
• Propiedades del gas
• Humedad
• Corrosividad
• Impurezas

Diseño y Selección de Materiales

La selección de materiales es un proceso crítico en ingeniería y se realiza en varias etapas:

1. Selección preliminar: Estudio de la resistencia mecánica (tracción, compresión, altas presiones), química (corrosión) y térmica, así como la disponibilidad y los costes.
2. Pruebas de laboratorio: Realización e interpretación de ensayos para verificar propiedades.
3. Pruebas a mayor escala: Verificación del comportamiento del material en condiciones más cercanas a la operación real.

Corrosión en Materiales

La corrosión es un factor determinante en la vida útil de los equipos. Sus principales causas incluyen:

• Acidez de disoluciones
• Presencia de agentes oxidantes
• Temperatura
• Velocidad del flujo del fluido
• Presencia de impurezas

Las soluciones a la corrosión abarcan:

• Selección adecuada del material
• Formación de películas protectoras
• Modificación de las condiciones del medio
• Empleo de inhibidores
• Protecciones catódica y anódica

En la protección catódica, el flujo de corriente va del ánodo al cátodo. Es preferible un cátodo pequeño y un ánodo grande. Por ejemplo, para proteger una estructura de acero grande, se pueden usar dos cables conectados a un ánodo de cobre.

Tipos de Corrosión y Desgaste

La degradación de materiales puede manifestarse de diversas formas:

• Diferencias locales de oxígeno
• Erosión y abrasión por partículas en suspensión (más blandas, atrición)
• Desgaste por el propio fluido
• Rozamiento entre dos láminas
• Esfuerzo (fatiga)
• Existencia de grietas
• Picado (pitting)
• Corrosión intergranular

Gestión y Morfología del Proyecto de Ingeniería

Morfología del Proyecto (Planeación, Diseño, Ingeniería)

Un proyecto de ingeniería sigue un ciclo de vida estructurado:

1. Viabilidad: Evaluación de alternativas, identificación de la problemática y propuesta de soluciones.
2. Proyecto Preliminar: Selección de la mejor opción y estudio de su futuro desarrollo.
3. Desarrollo: Planificación detallada, ingeniería de detalle, definición de componentes, creación y prueba de prototipos con sus correcciones.
4. Producción y Consumo:
   • Producción: Diseño del proceso de fabricación industrial, selección de herramientas, maquinaria e instalaciones, control de calidad, gestión de personal, control de producción, sistema de información. Se plantean y consiguen los recursos financieros necesarios.
   • Distribución: Estrategias de marketing, desarrollo de la red comercial, publicidad, logística de distribución y embalaje.
   • Consumo: Maximizar la vida útil del producto, establecer una red de servicio post-venta, gestionar la imagen de marca y proponer mejoras continuas del producto.
5. Retirada: Sustitución del producto por otros nuevos o mejorados.

Enfoque Clásico del Proyecto

El enfoque tradicional de un proyecto de ingeniería incluye los siguientes documentos y fases:

• Memoria: Documento contractual entre la multinacional y el constructor, donde se justifican las soluciones técnicas y económicas, y se detalla la planificación y programación.
• Planos de Conjunto y Detalle: Representaciones concretas y precisas, que pueden ser generales o de detalle, y deben estar normalizados.
• Presupuesto: Detalle de los precios de todos los componentes y del conjunto del proyecto.
• Pliego de Condiciones: Documento que especifica cómo construir la planta, su localización, las características de los materiales, los equipos y las condiciones de pago económicas.
• Obra: Fase de ejecución, dirigida por el director facultativo, que incluye la revisión del proyecto, la contratación y la construcción.

Teoría General del Proyecto

La concepción de un proyecto se basa en varios principios:

• Unidad Elemental: Unidades como un reactor catalítico, que se agrupan en líneas de producción, formando plantas químicas dentro de complejos industriales.
• Estudios Previos: La viabilidad, definición y objetivos son comunes a todo proyecto.
• Origen Económico: Los proyectos pueden surgir por razones políticas, para aprovechar materias primas o para priorizar sectores estratégicos.
• Demanda de Mercado: Un nicho de mercado es una fracción del mercado pequeña pero rentable, con necesidades específicas y capacidad económica para comprar, que requiere proveedores especializados.
• Clasificación: Los proyectos se pueden clasificar por campo tecnológico, volumen de inversión, objeto y proceso.