Diagramas en Ingeniería de Procesos
BFD, PFD y P&ID
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Dirigido:
A estudiantes, ingenieros, técnicos, proyectistas, dibujantes y personas que necesiten complementar conocimientos para la adecuada lectura interpretación de diagramas que se utilizan en la ingeniería de procesos. Este libro recopila información de normalización, bibliografía, aprendizaje de campo y criterios de diseño.
Estándar y normalización Revisarnos los estándares de la ANSI, ISA, DIN, PIP, ISO, BS, entre otras. Es importante entender que existen muchos estándares y normalizaciones y algunas de ellas con complementarias mientras que otras son completamente estrictas.
Sobre el Autor
JIMMY BARRÓN GARCÍA, Especialista Senior en diseño y construcción de instalaciones y plantas industriales. Instrumentación y control de procesos. Simulación en operaciones unitarias. Miembro de la Internacional Society of Automation (ISA).
Instructor Certificado Profesional de Autodesk (ACI) categoría Silver ID: 80176. Ingeniero de diseño y BIM manager Corporación B&B SAC.
Jimmy Barrón García - BIM Manager EMPRESA CORPORACIÓN B&B S.A.C
TODOS LOS DERECHOS RESERVADOS jbarron@cemsa.com.pe
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Diagramas en ingeniería de procesos BFD, PFD y P&ID
HANDBOOK
Créditos
Título: Diagramas en Ingeniería de Procesos BFD, PFD y P&ID Primera Edición, diciembre 2022 © Jimmy Barrón García
Editado Por © Empresa Corporación B&B SAC Jr. Javier Heraud N° 131 - Huamanga - Ayacucho - Perú Serie: 2022-01-DIP01 ------------
Libro electrónico disponible en: www.cemsa.com.pe informes@cemsa.com.pe ------------
Comentarios y sugerencias: jbarron@cemsa.com.pe www.cemsa.com.pe Teléfono: +51 939741220 Pje. Javier Heraud N° 131 Huamanga - Ayacucho ------------
Ninguna parte de esta publicación puede ser reproducida, almacenada o transmitida en manera alguna ni por ningún medio, sea este eléctrico, químico, mecánico, óptico, de grabación o de fotocopia, sin el permiso por escrito del autor. La infracción de dichos derechos puede constituir un delito contra la propiedad intelectual. ------------
Agradecimiento: A la FIQM-Facultad de Ingeniería Química y Metalurgia de la Universidad Nacional de San Cristóbal de Huamanga - UNSCH - Ayacucho. ------------
Biblioteca Nacional de Perú ISBN: 978-020-13796-2-4
Deposito Legal: 2022-11984
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Índice de contenido Alcance (scope)....................................................................................................................................3 Créditos ................................................................................................................................................4 Índice de contenido ............................... ............................................5 1.0. Diagrama de flujo bloques (BFD). .................................................................................................7 1.1. Generalidades............................................................................................................................7 1.2. Usos y aplicaciones....................................................................................................................7 1.3. Tipos de PBD................................. ..........................................7 1.3.1. Diagramas I/O.....................................................................................................................8 1.3.2. Diagrama de bloques para flujo de planta.........................................................................9 1.3.3. Diagrama de bloques para flujo de proceso.. ................10 1.4. Convenciones para BFD........................ ................................11 1.5. Ejemplos BFD...........................................................................................................................11 1.5.1.
01. .......................................................................................................................11 1.5.2.
02. ................................ ....................................12 1.5.3.
03. .......................................................................................................................13 1.5.4.
04. .......................................................................................................................14 1.5.5.
05. ................................ ....................................15 1.5.6.
06. ................................ ....................................17 2.0. Diagrama de flujo de proceso (PFD). ..........................................................................................19 2.1. Generalidades................................ .......................................19 2.2. Propósito y beneficios....................... ....................................20 2.3. Normalización..........................................................................................................................20 2.4. Componentes incluidos en los PFDs. .......................................................................................21 2.5. Componentes excluidos en los PFDs............ .........................25 2.6. Criterios para elaboración de PFDs. ........................................................................................25 2.6. Ejemplos PFD. ..........................................................................................................................26 2.6.1. Ejemplo 01. .......................................................................................................................26 2.6.2. Ejemplo 02. ................................ ....................................27 2.6.3. Ejemplo 03. .......................................................................................................................28 2.6.4. Ejemplo 04. .......................................................................................................................29
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2.6.5. Ejemplo 05. ................................ ....................................30
3.0. Diagrama de tuberías e instrumentación (P&ID)........................................................................31
3.1. Generalidades..........................................................................................................................31 3.2. Que es un P&ID y su aplicación. .............. .............................31 3.2.1. Aplicación en la etapa de diseño. .......... ........................31 3.2.2. Aplicación en la etapa de construcción (implementación)...............................................32 3.2.3. Aplicación en la etapa de operación.................................................................................32 3.3. Responsables de elaboración. ................. .............................33 3.4. Componentes incluidos y excluidos en el P&ID. ......................................................................34 3.4.1. Componentes incluidos.....................................................................................................34 3.4.2. Componentes no incluidos................... ..........................35 3.5. Convenciones para la elaboración de P&ID. .... ....................35 3.6. Normalización estándar. .........................................................................................................36 3.6.1. ISA (International Society of Automation)........................................................................36 3.6.2. DIN (Deutsches Institut fur Normung). ...... ....................37 3.6.3. PIP (Process Industry Practices)........................................................................................38 3.6.4. ISO (Internacional Standards Organization).....................................................................38 3.6.5. BS (British Standard).........................................................................................................39 3.6.6. Otros estándares...........................
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4.0. Software Comercial.....................................................................................................................40 4.1. Microsoft
Profesional
4.2. EdrawMax (www.edrawsoft.com). ................ ......................42 4.3. Capital Electra X - Siemens
4.4. AutoCAD P&ID
5.0. Referencias.................................. .............................................46 6.0. Anexos.........................................................................................................................................47
.................................39 3.7. Ejemplos de P&IDs...................................................................................................................39
Visio
(https://support.microsoft.com/en-us/visio)..............................41
(www.siemens.com/capitalelectrax)...........................................44
(www.autodesk.com)......................................................................................45
1.0. Diagrama de flujo bloques (BFD).
1.1. Generalidades.
Un diagrama de flujo de bloques, es un diagrama en donde se representa un proceso industrial (proceso químico, alimentario, industrial), utilizado para simplificar y entender la estructura básica de un sistema. El BFD es la forma más simple de los diagramas de ingeniería que se utilizan en la industria.
Los bloques de un BFD, pueden representar desde las piezas más simples (equipos individuales), hasta una instalación industrial completa. Para un proceso complejo, los diagramas de flujo de bloques, se pueden utilizar para dividir un sistema complicado en etapas/sectores (áreas) principales, para su mejor entendimiento.
1.2. Usos y aplicaciones.
La elaboración de un BFD, casi siempre es uno de los primeros pasos para el desarrollo de un proceso industrial, a esta etapa también se le conoce como “ingeniería conceptual”. Permite comparar las diferentes alternativas para el desarrollo del proyecto de manera fácil y económica desde la etapa más temprana. Cuando la alternativa del proyecto es elegida, los BFD se utilizan como punto de partida para el desarrollo de un diagrama de flujo de proceso (PFD) completo.
BFD (Ing. Conceptual)
PFD (Ing. Básica)
Los BFD, son herramientas útiles para el desarrollo de informes (memorias de cálculo), libros de texto y presentaciones y en algunas ocasiones reemplaza al PFD cuando este es detallado y muy engorroso de explicar (en reuniones de ingeniería conceptual). Los BFD permiten a los lectores entender de mejor manera la idea general de lo que hace la planta industrial y como interactúan todos los procesos dentro de esta.
Los BFD, están diseñados para que puedan ser entendidos por todas las personas que estén involucradas en el proceso de diseño, desde los menos hasta los más experimentados en lectura e interpretación de diagramas.
1.3. Tipos de PBD.
Existen de muchas formas y estilos, que van desde los más simples hasta los más complejos a la hora de explicar un proceso.
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1.5.4. Ejemplo 04. Describa el siguiente BFD: FIGURA 1.6: BFD - Ácido Acrílico.
Deshidrogenación
Fuente: Elaboración Propia. Solución:
El propano se deshidrogena a propeno, que primero se oxida a acroleína y luego se oxida a ácido acrílico. Los productos se separan al final para dar ácido acrílico y varios subproductos. Los subproductos se separan aún más para producir una corriente de reciclaje de propano. Cada bloque en el BFD proporcionado muestra lo que está haciendo cada unidad individual a lo largo de cada paso del proceso. También muestra las corrientes de entrada y salida, así como los subproductos y las corrientes de reciclaje. El BFD muestra los materiales, y describe cada paso del proceso y se tiene en cuenta los subproductos para la eliminación/tratamiento de desechos.
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de propano
Vapor (opcional)
Oxidación de Propileno
Oxidación de Acroleina Separación de Productos
Separación de Sub-productos
Propano
Hidrocarburos pesados Ácido Acrilico
CO2 H2
Separación de Acroleina
Acroleina P-20 (Opcional) Aire (O2 Opcional)
O2 Hidrocarburos ligeros
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de 10% por encima de la presión operativa y como máximo un 25% mayor; La temperatura de diseño suele ser 25°C por encima de la temperatura de operación del equipo (s). Así mismo debemos mostrar la composición de los productos utilizados en la secuencia del proceso a medida que entran y salen de cada unidad (equipo).
Etileno
R-100 Reactor E-100
4
5
P-100 Bomba E-101 Evaporador T-100 Columna 1 2 3
FIGURA 2.3: Componentes incluidos en los PFDs. R-100 P-100
E-101
E-100 Condensador T-100
Fuente: Elaboración Propia. Nota: Las composiciones deberán mostrarse en tablas adjuntas.
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Cloro E-102 E-102 Condensador cw cw hps 6 Etiqueta única de equipos Composición corrientes de flujo Conexiones con otros sistemas Etiqueta de información equipos Corrientes principales Corrientes de servicio principales Corrientes de recirculación Equipos principales PROPIEDAD Temperatura (°C) Presión (atm) Fracción de vapor Flujo masico (kg/hr) Flujo molar (kmol/hr) Componentes de flujo molar (kmol/hr) Etileno Cloro 1-2-dicloroetano Cloruro de vinilo Cloruro de hidrogeno 1 500 50 000 1.0 1.5 25 1 1 500 0 0 0 0 1 500 105 000 1.0 1.5 25 2 0 1 500 0 0 0 1 500 149 000 0.3 1.5 90 3 0 0 1 500 0 0 2 600 276 000 0.6 1.5 90 4 0 0 0 2 600 0 1 750 276 000 0.5 30 95 5 0 0 0 0 1 750 5 000 276 000 1.0 20 250 6 0 0 0 2 500 2 500
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3.4. Componentes incluidos y excluidos en el P&ID.
Actualmente no existe un estándar universal, internacional o nacional o multidisciplinario que menciones el desarrollo y el contenido del P&ID y que especifique que información debe incluirse o excluirse del mismo. A continuación, intentaremos resolver los problemas existentes y confusiones generadas sobre los P&ID.
3.4.1. Componentes incluidos.
Los P&ID suelen mostrar los siguientes tipos de información. Con respecto al tema de proceso y tuberías podemos incluir:
Equipos principales y secundarios proyectados para la planta industrial, como recipientes, bombas, compresores, reactores, etc.; debemos incluir información como tipo y numero de equipo, ubicación en la planta, su capacidad, datos operativos (presión, temperatura, nivel, etc.), uso general, unidades de StandBy, unidades en serie y paralelo, el resumen detallado de cada unidad.
Todas las tuberías de transporte de fluidos principales (tubería de procesos), deben incluir el material de construcción de la tubería, etiqueta de la tubería (ID/Tag), direcciones de flujo, tamaño (Size) diámetro y espesor, aislamiento (tipo y espesor), Tracing de tubería (Tipo), dispositivos de seguridad, incluir drenajes y tomas de muestra.
Todas las tuberías secundarias (utilitarios), todas las líneas de servicios tales como: Vapor, condensados, combustibles (gas y líquidos), aire (instrumentos y utilitario), agua de enfriamiento, sistemas de drenaje, sistemas de evacuación de seguridad (flare, chimeneas). Para la parte eléctrica e instrumentación se incluye:
Todos los motores, incluyendo el voltaje, rpm y otra información importante que necesite ser mostrado, así como los pulsadores (botones, Switch) que se usan para controlarlos.
Todas las funciones necesarias para controlar el proceso tales como indicadores, grabadores, controladores, transductores, etc., que incluyan: Tecnología de medición (símbolos de instrumentos), ubicación en planta, lazo de control del instrumento (bucle de control), función principal, rango de utilización, sistema aplicado para la tarea de automatización (montado en campo, DCS, PLC, HMI, etc.).
Se deben mostrar todas las válvulas (manuales y automáticas), mostrando el tipo de operador, tipo de cuerpo, tipo de accionado (neumático, eléctrico, mecánico, hidráulico, digital, etc.), funciones de conexión y seguridad (interlook), tecnología de actuadores, información complementaria (caudal, presión, etc.).
Todas las válvulas auto accionadas, referidas a las válvulas de seguridad (presión y vacío). Estas son comúnmente conocidas como PSV Relief valves. Incluir también los instrumentos de ruptura PSE de presión y temperatura.
Instrumentos principales necesarios para realizar las funciones de control, incluir los componentes necesarios para completar los lazos de control.
Enclavamientos y funciones relacionadas a la seguridad.
De acuerdo al tamaño de la planta se requerirá uno o mas P&IDs, por lo general un P&ID, para cada área (batería) de la planta. Así mismo incluir un plano leyenda.
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4.3. Capital Electra X - Siemens (www.siemens.com/capitalelectrax).
Siemens Capital Electra X, un nuevo software como servicio (SaaS) nativo en la nube, para el diseño eléctrico, dirigido a trabajos individuales de sistemas eléctricos o a pequeños equipos que necesitan una solución asequible pero potente. Capital Electra X, ya parte de la cartera de software y servicios de Siemens Xcelerator, ofrece a los usuarios sofisticadas capacidades de diseño eléctrico que permiten ahorrar costes de propiedad y tiempos de producción respecto a las soluciones tradicionales on-premise.
Siemens Capital Electra X es una nueva oferta de software de diseño eléctrico nativo de nube como servicio, dirigido a pequeñas y medianas empresas
Las soluciones basadas en navegadores permitirán a los diseñadores e ingenieros crear esquemas eléctricos de forma más fácil y rápida, utilizando cualquier dispositivo y con un coste mensual reducido
Se encuentra basado en la tecnología pionera de Radica Software, que acaba de ser adquirida y se especializa en software de diseño eléctrico
FIGURA 4.4: Entorno de trabajo de Capital Electra X.
Fuente: Elaboración Propia.
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