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Clase 1. Ingeniería de procesos Prof. Narciso Pérez 3 exámenes parciales: sem 5, sem 9, sem 12 (tentativo) ¿Qué hace un ingeniero de procesos? Análisis, síntesis y diseño de procesos químicos Es decir que un ingeniero de procesos puede hacer análisis de procesos químicos, síntesis de procesos químicos y diseño de procesos químicos. Análisis de procesos químicos: Etapa de supervisión: planta montada, funcionando o en el documento Quieres saber qué hacen los equipos ahí, por qué en ese orden. Tienes que saber por qué está pasando eso, ya la planta química está montada. Se consigue donde un punto susceptible mejora y se le comunica a una persona por encima de nosotros. Así pasamos a la siguiente etapa (síntesis). Aquí es un ingeniero de planta, va a la planta y va chequeando. Evaluación de lo que ya existe. Se busca ventajas y desventajas de un proceso existente. Síntesis de procesos químicos: Proceso creador, creativo. Por solicitud de un inversionista arma, desarrolla, crea la planta. Según una separación (por ejemplo). Hacer el proceso en el papel de cómo será la planta. Haciendo el proyecto. Voy a necesitar tales operaciones para obtener tales resultados. Una de las cosas o la primera de las cosas que se hace es un diseño de bloques. En el análisis se estudia y se localiza un problema (por ejemplo) al buscar solución a ese problema ya se está en la síntesis. Al dar la solución igual se debe comparar y ver si es mejor técnicamente, económicamente, ambientalmente, legalmente. La gran mayoría de Ingenieros químicos que trabajan en planta hacen análisis. Diseño de procesos químicos: En la síntesis decidí que necesito hacer una separación liquido-gas en el diseño decido que esa separación debe ser con una torre de destilación. Aquí digo el diámetro de la torre, material de la torre, condensador total o parcial, cuantos platos tiene, etc. Ya tengo la solución, pero debo decidir los equipos que me serán requeridos. El ingeniero mecánico será nuestro compañero en el diseño, el nos dirá si el equipo que estamos montando realmente puede funcionar dentro de la planta.
Lo primero que haremos sin experiencia es el análisis, luego de tener cierta experiencia podemos hacer síntesis o diseño. La síntesis suele ser más difícil que un diseño. Clase 2 18/05/ Primero estudiaremos la síntesis de procesos Estudio de la factibilidad técnica de proyectos Para la síntesis no hay una bibliografía gruesa, podemos ver manuales que digan cómo se hacen las cosas, pero no por qué. Eso lo veremos con la experiencia en planta. Desde el punto de vista de ingeniería ambas sirven para lo mismo, pero el estudio para la de la derecha fue mayor fue más planificado con más análisis y cálculos. La de la izquierda es menos analizada. Nos conseguiremos con manuales de este tipo, proyectos de ingeniería como la casa del lado izquierdo que simplemente se mantiene en pie entonces siguen adelante. Se basan mas en suposiciones y experiencias anteriores.
Dos tipos de inversionista: privado y público. El privado típicamente quiere sacar provecho económicamente del proyecto, del producto. Tiene un fin económico, existen excepciones, pero normalmente es eso. El público es normalmente el estado, este quiere hacer feliz a la población. Aunque los proyectos no sean factibles económicamente hacen proyectos porque se requiere una mejora en la calidad de vida en la población. No hay una recuperación de la inversión económicamente, pero hay un impacto en la calidad de vida y el contento de la población. Es importante saber a quién va dirigido el proyecto, cuáles son los intereses que debe suplir el proyecto, porque es distinto el privado y el público. Cuando se termina la ingeniería de detalles, ya está totalmente claro el proyecto, todo lo que se va a hacer. Pero la planta está en el papel, está en planos. La procura se encarga de conseguir todo lo que se necesita para la construcción. Los ingenieros de procesos son los líderes en las primeras dos etapas, pero luego pierde protagonismo. Los diseños que vienen luego son hechos por el ingeniero mecánico. En la medida que vamos hacia los detalles empiezan a aparecer otros ingenieros, primero es el ingeniero mecánico quien asume el liderazgo, luego el eléctrico, luego el electrónico si la planta será muy automatizada o con control. El diseño le da que necesitan un tanque de 1000L, pero en el mercado solo hay de 800L y de 1200L ¿cuál escoger? No podemos escoger ninguno de los dos a priori, porque el de 800 puede quedarse costo, pero si compramos de 1200 puede ser demasiado voluminoso, capaz no entra por las puertas o en el espacio dado. La procura no es solo salir y comprar los equipos, sino ver qué hay en el mercado y recalcular, adaptar el diseño. Todos los costos antes de la puesta en marcha son una estimación, no es hasta la puesta en marcha que sabemos el costo real de la planta. La precisión de la estimación de costos en la visualización es baja, si decimos que el proyecto será de 1000$ puede ser que en realidad valga 500$ o 2000$. Luego esta estimación de costos se hace más exacta mientras avanzamos en las etapas.
Clase 3 20/05/ Resumen: Hacemos el proyecto por etapas para minimizar el riesgo (minimizar costos, minimizar el error o el fallo del proyecto). Luego de terminar una etapa se hace un análisis de los resultados, esto puede dar que la etapa es satisfactoria o no. Si en una etapa se decide que el proyecto no es factible ¿qué ocurre? Decirle al inversionista los factores y que el decida lo que se hará, continuar o parar. Lo que no debemos hacer es colocarle muletas al proyecto, es decir, modificarlo para que continúe porque ya estamos en una etapa que no podemos ‘‘echar para atrás’’. Nuestro deber es anunciar, declarar si existe un problema en alguna fase del proyecto, si no es factible se debe comunicar y que los jefes de proyecto decidan qué se debe hacer. No importa cuán avanzado esté el proyecto, se debe anunciar la falla que exista en el proyecto porque muchas veces la puesta en marcha implicaría mayor pérdida para el inversionista y hasta para los proyectistas. Eso sí, se debe estar muy seguro de lo que se está reportando. Los cálculos deben justificar la falla o problema que estamos declarando. El proyecto debe andar por sí solo, debe ser factible por si mismo. Si existe algo que lo hace no factible hay que anunciarlo, estudiarlo, modificarlo si está en nuestro conocimiento. El análisis de factibilidad es hacer un proceso evaluativo donde tú le colocas unos límites al proyecto. Cuando el proyecto cumple esos límites es factible, si no llega a esa cerca no es factible. Ahora ¿cuál es la cerca qué coloco? Puede ser legal, técnica, etc. Factibilidad económica (mi proyecto generará una cantidad de dinero mayor a mi inversión, tengo una ganancia) y factibilidad presupuestaria (cantidad de dinero que estoy dispuesto a invertir). Mientras más automatizada este la planta, la inversión inicial es mas elevada, pero puede ser que el hecho de no tener personal compensé el dinero utilizado (ahorrándonos el dinero que debemos darle a empleados), también puede hacerse más caro, pero esto disminuye riesgos laborales, etc. Cada proyecto tiene sus especificaciones y su propia evaluación. ¿cuánta plata tienes? ¿Quién es tu competidor? ¿Dónde la quieres instalar? ¿existen regulaciones legales que te impiden tener esa empresa? ¿hay mas productos así en el mercado? Eso es lo que nos preguntamos a la hora del análisis inicial, de la factibilidad, podemos hacer ese análisis de forma rápida al saber esos factores si un proyecto puede continuar o puede ser factible. 25/05/ Clase 4 Diferencia entre sueño y proyecto
En visualización no vas a tener costos más allá que el de la materia prima. Primero: ¿cuál es el orden de magnitud que está dispuesto a invertir, al inversionista? (mercado objetivo) ¿cómo se define la capacidad de una empresa? Tamaño de la planta (terreno que ocupa) ≠ capacidad de la planta. Capacidad viene de la cantidad de recursos que pueden ingresar al sistema y salir del sistema. Producto de la universidad: egresados, materia prima de la universidad: estudiantes. Por ejemplo, las refinerías miden la capacidad de su planta por los barriles que ingresan a la misma. Esto es porque hay mucha variedad en los productos que salen de la planta y una densidad (cantidad de volumen) también muy diferente. De mil barriles de crudo producen 70mil barriles de gasolina 100mil pies cúbicos de gas y 20mil barriles de gasoil, entre otras cosas. Para que a nivel internacional se entienda la capacidad de la refinación se habla del número de barriles que pueden ingresar. Hay varias maneras de medir la capacidad, en la etapa de visualización es cuando se decide qué manera o de qué modo se medirá. Capacidad de diseño es la que aparece en ‘‘la chapa’’ de cada equipo (número de puestos en un vehículo o rango de presión en una bomba). La capacidad de diseño de la planta la defino yo
(inversionista) basado en un análisis muy rápido de cuánto es lo que yo pienso que el mercado me va a soportar. Capacidad efectiva es la capacidad real que tendré en mi planta, es decir yo decidí que mi capacidad de diseño son 30 panes todos los días, pero luego me voy dando cuenta que el fin de semana vendo menos pan, vendo 15 ¿Cuál sería mi capacidad efectiva semanal? La cantidad de panes vendidos en toda la semana entre los días de la semana, es decir que mi capacidad es vender 22 - 23 panes por día. La capacidad máxima implica que, aunque se fije una capacidad de diseño o efectiva esta se podría sobrepasar ajustando un parámetro, como el tiempo. Por ejemplo, con los panes si una vecina me pide ahora más pan por una ocasión especial puedo exceder mi capacidad diaria, solo tendré que utilizar el horno mayor cantidad de tiempo y trabajar algunas horas extra. La única capacidad que puedo definir en la etapa de visualización es la de diseño, es una base del diseño. Que además defino respecto al rango del mercado que yo voy a asumir que podré tomar. No se puede mantener una capacidad máxima constante en la planta o equipo, porque eso nos reducirá el tiempo de vida del equipo. Terminará dañándolo. Puede ser que la capacidad efectiva esté en entre el 70 y 80% de la capacidad de diseño. Cuando se vaya a seleccionar equipos para la planta se deberá tomar en cuenta la capacidad, estos deben tener un rango de capacidad similar (no tendrás un horno para 1000 panes si tu capacidad es de 30 panes). También debería existir un rango de maniobrabilidad. Una planta que produce 1000 panes por día es diferente a una que produce 30 panes y una que produce 3 panes por día. Ese es el aporte que se hará en la visualización, el orden de magnitud. Tipos de costos: Costos fijos: independientemente si se produce o no algo, hay que solventar estos costos. Estarán dentro de la unidad de consumo del proceso. Costos variables: está relacionado con las unidades que produces al día. Como el costo de la materia prima. La capacidad mínima económica es la capacidad mínima en la que mis egresos serán iguales a mis ingresos. Si un día vendó menos a lo que dicta mi capacidad mínima económica estaré perdiendo dinero. Lo más recomendable es que la capacidad mínima económica este alejada de la capacidad de diseño del proyecto, el riesgo del proyecto es más alto mientras la capacidad mínima económica este cercana a la capacidad de diseño.
Clase 7 03/06/
- Resumen clase anterior: Producto sustituto y producto complementario Cuando voy a seleccionar en el proceso de visualización es de dónde estoy y para dónde voy, no el cómo, no tengo capacidad de saber los procesos productivos que me llevaran a transformar la necesidad en satisfacción. ¿Quiénes están en el mercado de lo que vas a producir? Cuál es la competencia, esto nos ayuda a saber el posicionamiento- Posicionamiento: identificación, percepción que tiene el consumidor sobre un producto equivalente al que harás tú. Existen para todos los materiales y productos generados existen dos tipos de productos: Producto sustitutivo: son productos que pueden, ante cualquier necesidad, ser empleados a la vez del que vamos a procesar. Por ejemplo, fabrica de jugos naturales puede tener como sustitutivo bebidas carbonatadas o agua. Hay productos que sustituyen lo que yo estoy comprando. Producto complementario: es un producto que es requerido para que yo pueda vender satisfactoriamente mi propio producto, como el cereal y la leche.
Bases de diseño son todos los aspectos y consideraciones (conceptos, decisiones) que voy a hacer, que no puedo cambiar a lo largo del proyecto, y, en el cual se sustenta el mismo. Si no defino mi proyecto siempre existirá algo que debo investigar y un proyecto es temporal , tienen un lapso de tiempo para iniciar y culminar, debo decir de dónde voy y para dónde voy (¡¡y estás son las bases de diseño!!). Los límites de batería del proyecto nos limitan el rango de investigación. ¿cómo ven su producto final?
- Voy a entregar mi producto final en la entrada de la planta y al que se lo entregamos se encarga de venderlo. Con especificaciones de la propia empresa, nos evitamos el coste de transporte y de costos de comercialización.
- Avon tenía el cuerpo de ventas mas grandes del país, y no pagaba nada por esto. Se daban solo bonificaciones de ventas o diferenciales en los precios, de donde se sacaban las ganancias.
- La mayoría de las empresas fabrican y venden directamente a mayoristas o a comercios (como supermercados) que tienen mayor rango de capacidad de venta.
- Hay fabricas cuya venta la hacen directos al consumidor, perfumes Factory fabrica los perfumes y luego en la tienda de ellos mismos venden sus productos. Todas son estrategias comerciales, debemos escoger la que se adapte mejor a nuestro producto. Factor de servicio: cuánto tiempo tendré la fabrica operativa, cuándo se harán paradas, etc. Las paradas pueden ser por mantenimiento, o por las condiciones de nuestro servicio (como café que se encuentra en temporada solo 3 meses al año). Hay que revisar la legislación, para saber qué permiso logia se necesita. Criterios de diseño Criterio de diseño tiene que ver con el cómo vamos a hacer las cosas, cómo vamos a resolver nuestro problema. La diferencia entre un criterio y una base es que el criterio tiene que ver con la estrategia que utilizaré para resolver mis cosas. Ejemplo típico: ★ Base de diseño: yo voy a bañarme con agua caliente siempre. ★ Criterio: ¿cómo voy a calentar el agua? Lo hago con calentador eléctrico, calentador de gas, ducha corona o con una ollita que uso para calentar agua en la cocina. Cualquier alternativa servirá para cumplir con la base de diseño.
Generación eléctrica y sistemas de respaldo: Equipos que no pueden fallar cuando falle el suministro de energía eléctrica, disponibilidad limitada de energía eléctrica en el país: puede que no exista permiso de conexión al sistema de energía nacional. Se tiene que pensar en cómo se va a generar la energía para el proyecto. Las bases de diseño no pueden ser modificadas (voy a hacer cocada y muero con cocada) pero los criterios de diseño si pueden cambiar a lo largo del proyecto. Las bases no se discuten, no hay una explicación profunda. Los criterios si se discuten, existe una explicación y una justificación. Clase 8 08/07/ --Resumen clase anterior: No hablamos de seguridad (con el ejemplo del carro en equipos de respaldo) sino de confiabilidad. Seguridad es utilizar una alarma en la bomba que cuando cavite haga que se apagué para que no se dañé, confiabilidad es garantizar que la planta siga encendida y en curso el mayor tiempo posible. Cambio de alcance de los proyectos, no le gusta para nada al inversionista. Lo que me estas solicitando requiere un pago adicional. Informe de factibilidad técnica representa el proceso de visualización y contiene todos los puntos que hemos visto hasta ahora, será el primer documento del proyecto. Promete del proyecto Realizar un análisis de la factibilidad económica no está dentro de la etapa de visualización porque carecemos de la información necesaria para el calculo de la cantidad de dinero que se utilizará para el proyecto. En vez de esto realizamos un análisis económico simple que es el promete (también llamado beneficio anual) que me dará la información de si el proyecto que voy a implementar generará una ganancia con respecto al costo del mismo. Si el producto que estoy obteniendo tiene un valor agregado menor al valor de la materia prima que voy a implementar para producirlo ni que haga lo que haga ese proyecto va a ser factible, el proyecto no va a funcionar.
Es un análisis de descarte. Si el promete arroja que el precio del producto es mayor al de la materia prima que estas implementando ¿será suficiente para decir que el proyecto es factible económicamente? No lo sabes. Pero si el promete da negativo ni que hagas lo que hagas el proyecto dará resultado. Definición: Cuanto se consume de materia prima por una unidad de producto en algún instante de tiempo (mensual, anual, …). Beneficio bruto= Valor anual del producto manufacturado-Costo anual de materias primas No se toman en cuenta los valores agregados por mantenimiento, sueldos, servicios, operación, mano de obra y otros porque no los conoces. Si tomamos en cuenta estos valores estaremos calculando el beneficio anual. ★ Si la resta da positivo el proyecto promete. ★ Si la resta da negativo el proyecto no promete, se descarta automáticamente. En el ejercicio que se ve en lamina los números entre paréntesis son los moles necesarios para la reacción-balanceo-, esto suponiendo que hay una conversión del 100% y las reacciones se llevarán en serie. Podemos sumar las 3 reacciones para obtener una reacción neta que me dice cuánto requiero para la producción y con eso calcular los costos. Se busca en internet o en la bibliografía los costos de cada producto y reactivo. Obteniendo la tabla que sigue: Podemos despreciar el valor del agua debido a que seguramente estará contaminada y no será utilizada para nada (es un desecho) y suponemos que el oxígeno viene de la atmósfera (no vale nada). La resta es positiva, el proyecto promete. Cuando calculamos el promete ya especificamos los residuos que van por el efluente y esto no se tomará en cuenta como producto, también se especifico la materia prima y los servicios. En este caso los servicios no van a ser contabilizados.
¿Cuál será más riesgoso? ¿El proyecto del primer ejemplo o del segundo ejemplo? El segundo será más riesgoso porque tiene condiciones para ser prometedor (no tiene que ver con la cantidad que garantiza el promete), mientras que en el primero promete de una vez. Tarea: Clase 9 10/06/ --Resumen Las bases de diseño no se pueden modificar a lo largo del proyecto sin que eso signifique que no pueda existir un cambio de alcance en el proyecto. Los criterios si se pueden modificar sin que exista el mayor problema, y esto no implica un cambio de alcance del proyecto. Ejemplo: El mecánico puede tener diferentes estrategias para reparar algo, pero al final si el carro sale del taller sin la falla que tenía (aunque se dale a los 5min) ya se ha cumplido el objetivo. El promete no es un estudio de factibilidad, sino que es un análisis económico. Primer informe de factibilidad técnica, debe contener: ¿Qué se quiere hacer? Magnitud del negocio ¿cuánto estamos dispuestos a invertir? Capacidad Características de la materia prima Análisis de mercado muy rápido conociendo productos sustitutos y complementarios Establecer nuestras bases y criterios de diseño Evaluar la legalidad, normativas internacionales y nacionales. Hasta las municipales o regionales si es necesario. Promete: análisis económico.
Análisis tecnológico: Revisar la existencia de procesos que permitan transformar la materia prima en productos. Las condiciones y características del lugar (limitaciones físicas de la planta) se evalúan de acuerdo a lo que se necesite del proyecto, por ejemplo, si necesitamos una gran cantidad de agua, si generamos mucho ruido las 24 horas al día. Análisis tecnológico Partimos de la premisa de que se sabe qué se quiere producir, pero no se está seguro de cómo o con qué o de qué manera. Pasaremos por 4 etapas:
- Camino de reacción: Cuál es la mejor reacción química que me va a convertir mi materia prima en mi producto. Para ello seleccionamos materia prima, seleccionamos reacción, cual presenta las condiciones de operación y reacción más favorables.
- Asignación de especies: Definir las especies será armar las operaciones unitarias del rompecabezas.
- Separación: Muchas formas de separar, como hay muchas formas de calentar agua. Hay que definir la mejor manera de hacerlo en nuestro proceso.
- Integración: cinética del proceso de transformación, es decir como hacemos para que el proceso sea lo más eficiente posible.
tiempo para dar una solución. El riesgo es que no necesariamente mi solución sea la más eficiente, la única manera de reducir esto es que tengamos cierta experiencia. REACCIÓN: Cinética: velocidad. Cuando las reacciones dependen de esto hay que fijarse en las concentraciones y cuando modifico las concentraciones puedo cambiar la cinética y obtener equipos más o menos grandes. Equilibrio: Hasta donde puedo llegar. Si modifico las concentraciones no cambiaré nada, lo que puedo hacer es modificar las condiciones de temperatura y presión para obtener otro punto de equilibrio. Catalizar homogéneo o heterogéneo tiene que ver con el estado de agregación de las sustancias. Homogéneo en la misma fase que los reactivos, si la reacción ocurre en una superficie o en el bulbo del sistema. Es importante saber si la reacción es endotérmica o exotérmica. Si la reacción es exotérmica puedo ingresar la materia prima fría porque la misma energía de la reacción me dará la temperatura necesaria. Si la reacción es endotérmica típicamente los reactivos ingresan calientes para que la velocidad de la reacción no se vea comprometida por la pérdida de energía de la reacción. Conversión de la reacción, si la reacción es controlada por la cinética entonces la conversión será del 100% si el equilibrio no es limitante la reacción se llevará a cabo hasta que se acaben los reactivos. Cuando la reacción es controlada por el equilibrio llegará hasta un punto donde no se convertirá más nada.
¿Existe realmente una conversión del 100% en un reactor? El tiempo debería ser infinito para tener una conversión del 100%, un reactor infinito no existe por lo tanto una conversión del 100% tampoco. Te pagan por sacar producto no por mantener el reactivo ahí. Al sacar el producto siempre habrá trazas de la materia prima. Esto tiene que ver con la probabilidad de que las moléculas se consigan, cuando la conversión es baja esta probabilidad es alta; pero si la conversión es alta la probabilidad se hace menor porque los productos comienzan a ser una limitante, ocupa un espacio que interfiere que se pongan en contacto las materias primas. NO EXISTEN las conversiones del 100%. Propiedades de seguridad y toxicidad: ¿Lo que estoy generando genera un riesgo para la salud, riesgo operacional, requiere un tratamiento adicional? Como estoy arrancando de saber solamente lo que se quiere producir, con las características de mi producto debo seleccionar la materia prima que me dará ese producto. Ejemplo de fenol: Me dicen que quieren producir fenol, pero no saben a partir de qué, lo primero que hago es observar que la molécula de fenol tiene un anillo de benceno y tiene un grupo hidroxilo. Aún no conozco todos los posibles procesos que puedan usarse para la producción de fenol, pero yo sé que posiblemente si mezclo benceno con un alcohol de como resultado el fenol. Empiezo a buscar en la bibliografía y me consigo con que hay cinco formas de producir fenol: Cómo escojo una de todas las posibilidades de reacciones para producir fenol. Debo ver condiciones de reacción que requiero, los reactivos que requiero y cuáles son los productos. Condiciones ideales de cualquier proceso químico: bajas presiones (menor a 10 atm) y bajas temperaturas (por debajo de 500°C). Son condiciones que casi cualquier equipo o cualquier tubería lo puede mejorar. Cuando me piden una
