Diagramas de flujo

Otro de los elementos de información necesaria para el trazado de los planos de tuberías, o "piping design", son los diagramas de flujo, elaborados por los siguientes departamentos:

Proceso & Materiales (de construcción).
Tuberías ("piping").
Instrumentos (instrumentación).
Servicios ("utilities").

Además de dichos diagramas, su información es complementada por los siguientes documentos:

Listas de líneas y equipos.
Planos de equipos.

Estos diagramas de flujo de ingeniería, también suelen ser denominados "flow-sheets" y comprenden estos 3 tipos principales:

Esquema de Proceso.
Diagrama de Tuberías e Instrumentos (“P & I”, o “P & ID”).
Diagrama de Servicios ("utilities").

Los diagramas deberán ser comentados por el proyectista, de acuerdo con las necesidades y posibilidades del diseño, pero si a la vista de ellos, es aconsejable realizar alguna modificación, deberá a su vez, poner en conocimiento del ingeniero de proyecto el cambio propuesto, para su aprobación por él, o por el cliente.

El proceso de realización de estos diagramas suele seguir estos tres pasos:

Elaboración de un diagrama de bloques.
Elaboración del diagrama de proceso.
Elaboración del diagrama de tuberías e instrumentos (“P & F D).

DIAGRAMAS DE FLUJO.

Se utilizarán casi exclusivamente para el diseño o formación del plano de implantación ("plot-plan"), servirán también como referencia, ya que en alguna ocasión pueden ser consultados para aclarar

alguna diferencia existente respecto a los otros diagramas, estos “flow sheets” nos da información de

las características principales de los equipos (excluidos los de reserva) como:

Diámetro y altura de columnas y recipientes ("vessels").
Calor cambiado o cedido desde un horno o intercambiador de calor.
Caudal y presión diferencial de una bomba; etc.
Diámetro de la línea.
El "ratting" de las conexiones a los equipos.

Junto con dicha información nos facilita los datos de las líneas normales de operación y las de puesta en marcha y/o parada, así como las condiciones operativas de la unidad.

Estos planos sirven para hacer comprender el funcionamiento de la unidad, son realizados por el departamento de Proceso; en ellos se representan los balances de materia y de energía, así como las condiciones operativas y caudales en cada sección de la unidad; también son utilizados para:

Preparación de los diagramas de tuberías e instrumentación.
Especificación de equipos e instrumentación.
Comprobación de la marcha del proceso en la unidad.

Contenido de los Diagramas de flujo.

Este tipo de “flow sheets” contienen:

1.Los equipos sin incluir los de reserva, con sus características principales, tales como:

Diámetro y altura de columnas y recipientes ("vessels").
Calor cambiado o cedido desde un horno o intercambiador de calor.
Caudal y presión diferencial de una bomba; etc.

2. Las líneas normales de operación, más las requeridas para puesta en marcha y/o parada. No se incluyen líneas accesorias como ventilaciones, By-pass o drenajes que no sean de proceso, etc.

3. Las condiciones operativas de la unidad, tanto normales, como máximas o mínimas, cuando estas puedan condicionar el diseño de un equipo, como:

Temperaturas.
Presiones.
Caudales (volumétrico y másico); etc.

4. Las entradas y salidas de las corrientes de proceso de limites de batería y la conexión con los esquemas de proceso de otras unidades.

5. La instrumentación principal; es decir, la que ayuda a comprender la marcha y regulación del proceso, así como la que provoca un cambio drástico en las condiciones de proyecto de los equipos a uno y otro lado de una válvula de control.

6. No se indicarán más válvulas que las que, por estar abiertas o cerradas producen un tipo de operación u otro, p/ej. línea a almacenaje, o a la unidad siguiente.

El balance de materia se refleja, indicando cantidades en cada línea, o bien numerando las líneas claves consecutivamente e indicando en una tabla al margen del dibujo las cantidades de los diversos componentes de cada corriente de proceso.

Características de los Diagramas de flujo.

Estos Diagramas sirven para:

Para hacer comprender el funcionamiento, de la unidad.
Para presentar en un solo documento los balances de materia y de energía así como las condiciones operativas y caudales en cada sección de la unidad.
Para la preparación de los diagramas de tuberías e instrumentación.
Para especificación de equipos e instrumentación.
Para la comprobación de la marcha de la unidad por el operador, cuando la planta está en funcionamiento.
Se utilizarán para el diseño o formación del plano de implantación ("plot plan").

Como se aprecia, la representación del Diagrama se realiza del siguiente modo:

Se debe de seguir la marcha de la corriente principal de izquierda a derecha, con los equipos principales, columnas, reactores, recipientes (depósitos), en el centro. La colocación del resto del equipo bombas, cambiadores, etc. se hará de manera que no dificulten la claridad del esquema.
Los equipos se representarán con dimensiones relativamente reducidas con el fin de minimizar el número de esquemas requeridos por unidad, y de dejar suficiente espacio para la escritura de temperaturas, caudales, presiones, etc.
Al lado de cada equipo se representa su número y nombre.
El balance de materia puede indicarse reflejando cantidades en cada línea, o bien numerando las líneas claves consecutivamente, o indicando en una tabla al margen del dibujo las cantidades. Esto es particularmente indicado cuando se quieren representar las cantidades de los diversos componentes de cada corriente.
Han de ser claros y escuetos (compactos). Suele haber 1 o 2 hojas por cada unidad.

A continuación puede verse el detalle de un diagrama correspondiente a una torre y los equipos anejos, en el que se reflejan, además de lo ya indicado, los balances de caudales entrantes y salientes, junto las energías caloríficas cedidas al flujo o ganadas por él, junto con el uso de unidades anglosajonas de presión (# = PSI) y temperatura (°F). Para clarificar la equivalencia entre las abreviaturas con las que son expresados los valores que cuantifican estas cantidades y las magnitudes anglosajonas y/o europeas y sus equivalencias más habituales, se adjuntan los siguientes datos:

BPD o Barriles por día (en 24 horas).
BPH o Barriles por hora. 1 barril = 42 galones USA o 350 # a 65° F.
BPSD o Barriles USA por día (en 24 horas).
BTU/HR o “British thermal unit” por hora (cantidad de calor cedido).
GPM o Galones por minuto. 1 galón USA = 3,785 litros o 8,333 # (libras) @ 65° F. 1 galón Imperial UK = 4,546 litros.
MPH o Metros cúbicos por hora (caudal volumétrico).
MW o Peso por metro cúbico (en libras).
# / HR o Libras por hora (caudal másico).

Como ejemplo de la utilización de estos datos analizaremos la información que se muestra sobre la línea de 8” situada en la parte más alta del dibujo:

130,7 MPH = 130,7 m³ /h.

37,3 MW = 37,3 libras/m³ (peso del m³ en libras).

5.000 #//HR ° 130,7 m³ /h. X 37,3 libras/m³ = 4.875,11 libras/hora.

Es decir, la cifra de 5.000 #/HR es un redondeo.

Como comprobación de los datos del ejemplo anterior, verificaremos la información que se refleja en la línea de 4” situada inmediatamente debajo de la anterior.

714,5 MPH = 714,5 m³ /h.

24,0 MW = 24,0 libras/m³ (peso del m³ en libras).

17.200 #//HR ° 714,5 m³ /h. X 24,0 libras/m³ = 17.148,0 libras/hora.

Como puede comprobarse nuevamente, la cifra de 17.200 #/HR es un redondeo.

DIAGRAMAS DE MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN.

Cuando el diagrama de proceso contiene una información muy simplificada (normalmente es un solo plano para cada unidad de proceso), cuyo objetivo es el estudio y familiarización del proceso al iniciarse un contrato, es decir, para ser manejado por el ingeniero de proyecto, se complementa esta información mediante la emisión del llamado Diagrama de Materiales de Construcción, en el cual se les incluye los materiales de construcción y el espesor de corrosión de los equipos y tuberías.

Este diagrama suele ser usado por el ingeniero de proyecto para la selección de las especificaciones de materiales para las tuberías.

La preparación del diagrama suele ser función conjunta de los departamentos de Proceso, Tecnología e Ingeniería de Proyecto ocupándose éste último de editarle y mantenerle al día. Su preparación se realiza al inicio de los contratos formando parte normalmente del “paquete de proceso”.

“FLOWSHEETS” DE PRESIONES Y TEMPERATURAS DE DISEÑO.

Tienen como finalidad la de facilitar la preparación de la Lista de Líneas y comprobar la consistencia de las condiciones de operación y de diseño de equipos, basándose en lo especificado por el departamento de Procesos.

El ingeniero de proyecto prepara el llamado Flowsheet de Presiones y Temperaturas de Diseño, el cual no es más que un Flowsheet de Proceso, al que se añade la siguiente información:

Presión y temperatura de operación de todos los equipos.
Presiones y temperaturas de entrada y salida de cambiadores de calor.
Pérdida de carga a través de aquellos equipos en los que dicha perdida puede ser significativa.
Presión y temperatura de diseño de todos los equipos.
Presión de disparo de las válvulas de seguridad.
Presión de entrada y salida en válvulas de control.
Presiones de descarga y "shutoíf" (a la presión máxima de aspiración) para las bombas centrífugas.
Cualquier dato de condiciones anormales o cíclicas como regeneración de catalizador, decoquízado de hornos, etc.

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