Diseño y Escalamiento de Equipo Factores involucrados por MSc. Luis Moncada Albitres

Cuando los datos exactos no están disponibles en la literatura o cuando la experiencia pasada no da una base adecuada para el diseño, las pruebas de planta piloto pueden ser necesarias en orden a diseñar un efectivo equipo de planta. Los resultados de estas pruebas pueden ser escalados a la capacidad de la planta. Un ingeniero químico entonces debe estar familiarizado con las limitaciones de los métodos de escalamiento y deberá conocer como seleccionar las variables de diseño esenciales.

Los datos de planta piloto son la mayoría de las veces requeridos para diseñar filtros a menos que se disponga de información específica sobre los tipos de materiales y condiciones involucradas. Los intercambiadores de calor, las columnas de destilación, bombas y muchos otros equipos convencionales pueden ser diseñados adecuadamente sin usar datos de planta piloto.

La tabla posterior, presenta un análisis de los factores importantes en el diseño de los diferentes tipos de equipo. Esta tabla muestra las principales variables que caracterizan al tamaño o capacidad del equipo y las razones máximas de escalamiento para estas variables. También se incluyen la información sobre la necesidad de pruebas de planta piloto, factores de seguridad y datos operacionales esenciales para el diseño.

Factores de seguridad
Algunos ejemplos de factores de seguridad recomendados para diseño de equipo, son mostrados en la Tabla. Estos factores representan la cantidad de sobrediseño que debería usarse para compensar cambios en la operación con el tiempo.

La aplicación indiscriminada de factores de seguridad puede ser muy deprimente para un diseño. Cada unidad de equipo debería diseñarse para llevar a cabo su función según sea necesario. Entonces si existen incertidumbres, puede ser aplicado un razonable factor de seguridad. El potencial incremento en los requerimientos de capacidad es algunas veces usado como excusa para aplicar factores de seguridad grandes. Esta práctica, sin embargo, puede resultar en un grande sobrediseño tal que el equipo o el proceso nunca llegaran a operar a valores óptimos.

En los trabajos de diseño en general, la magnitud de los factores de seguridad son dictados por las consideraciones económicas o de mercado, la exactitud de los cálculos de diseño, cambios potenciales en la operación, información disponible sobre el proceso total y el grado de incertidumbre usado sobre en el desarrollo de los componentes individuales del diseño. Cada factor de seguridad debe ser establecido sobre la base de las condiciones existentes, y el ingeniero químico no debería vacilar para usar un factor de seguridad de cero si la situación así lo determina.

Especificaciones
Una generalización para el diseño de equipo es que el equipo estándar debería ser seleccionado cada vez que sea posible. Si el equipo es estándar, el fabricante puede tener el tamaño deseado en stock. En todo caso, el fabricante puede usualmente cotizar un precio bajo y dar mejores garantias para equipo estándar que para el equipo especial.

El ingeniero químico no puede ser un experto en todos los tipos de equipo usado en las plantas industriales, y por lo tanto debe hacer un buen uso de la experiencia de otros.

Mucha información útil se puede obtener de los fabricantes especializados en tipos particulares de equipo.

Antes de contactarse con un fabricante, el ingeniero debe evaluar las necesidades del diseño y preparar una hoja de especificación preliminar para el equipo. Esta hoja de especificación preliminar puede ser usada por el ingeniero como una base para la preparación de las especificaciones finales. La especificación preliminar debe mostrar lo siguiente:

1. Identificación
2. Función
3. Operación
4. Material manipulado
5. Datos básicos de diseño
6. Controles esenciales
7. Requerimientos de instrumentación
8. Tolerancias permisibles
9. Información especial y detalles pertinentes para equipo particular, tales como materiales de construcción incluyendo embalaje, soportes, instalación, datos necesarios de distribución y detalles especiales de diseño.

Las especificaciones finales pueden ser preparadas por el ingeniero: sin embargo, se debe tener cuidado para evitar restricciones innecesarias. El ingeniero podría permitir a los potenciales fabricantes a hacer sugerencias antes de la preparación de las especificaciones detalladas. En esta dirección, el diseño final puede incluir pequeños cambios que disminuyan los costos sin disminuir la eficiencia del; equipo. Por ejemplo los tubos en intercambiadores estándar son usualmente de 8, 12, 16 o 20 pies de longitud, y estas longitudes son ordinariamente mantenidas en stock por los fabricantes y los departamentos de mantenimiento. Si una especificación de diseño indica tubos de 15 pies de longitud, el fabricante podría probablemente usar tubos de 16 pies. Este incremento en la longitud de 15 a 16 pies podría traer una reducción en el costo total de la unidad ya que se elimina la operación de corte de las unidades estándar. En adición, podría ser necesario el reemplazo de tubos después de poner en uso la unidad, y los costos de este reemplazo con tubos de 16 pies probablemente será menor que con tubos de 15 pies.

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