DISEÑO DE PLANTAS: ALGUNAS REFLEXIONES ACERCA DE LAS DESTREZAS INDISPENSABLES Y LAS HERRAMIENTAS FUNDAMENTALES

Objetivo de este artículo

El objetivo de este artículo es presentar una visión, y compartir algunas reflexiones acerca del significado de la expresión “diseño de plantas”, especialmente en el contexto del desarrollo del país, acerca de las destrezas indispensables, y de las herramientas fundamentales que el  egresado de ingeniería química debe poseer para poder diseñar, construir y poner en marcha plantas pequeñas o medianas, que constituyan el núcleo de  industrias que generen empleo y producción,  y desahogo del mercado laboral, entre otras cosas.

Objetivo, significado y alcance del “diseño de plantas”. Un axioma y un paradigma

El Objetivo

El objetivo del “diseño de plantas” como asignatura de fin de la Carera de Ingeniería Química, debería consistir, entonces, en dotar al egresado de un conjunto de destrezas que, combinadas con  el resto de su formación profesional, le permitan consignar los resultados del diseño de la planta que el mercado requiera en los respectivos documentos estándar, imprescindibles para su construcción, puesta en marcha, entrega-recepción, y operación.

El significado

El diseño de una planta debe estar en función del servicio que deba prestar, y del mercado que deba abastecer.

Esto significa que, si  de abastecer la zona de influencia de una ciudad rural de 300,000 habitantes se trata,  el diseño de la planta deberá reflejar esa necesidad, que será, por ejemplo, muy diferente a la de una planta que abastezca una urbe de diez millones de habitantes.

Lo anterior implica que el significado y las particularidades del diseño de una planta deberán ligarse a su localización y circunstancias; y que -por eso-  los criterios de diseño que se apliquen deben ser flexibles para lograr que el diseño sea coherente con el grado de desarrollo, y con las características del sitio en que ha de funcionar.

Si lo anterior se acepta, con mucha mayor razón será fácil aceptar que los criterios de diseño deberán ser diferentes cuando de aplicarlos a países de distintos grados de desarrollo y culturas se trate; y que -por lo mismo- la impartición de diseño de plantas debe necesariamente confeccionarse “a la medida” del país, en lo posible.

Estas diferencias en los criterios de diseño obedecen a un sinnúmero de circunstancias. En particular se deben a que, a mayor  grado de desarrollo de la zona de servicio, o país, mayor deberá ser la capacidad de producción, la automatización y la complejidad de la planta que se diseñe, para no referirnos a las diferencias en idiosincrasias del personal, que  son importantes, y que también deben tomarse en cuenta.

Las diferencias también se deben a que es el desarrollo industrial, equivalente a desarrollo económico de la zona de servicio, el que determina el tamaño del mercado; y se deben a que el mercado es -a su vez, y en última instancia-  la fuerza motriz y la razón de ser de la planta que ha de diseñarse, y el determinante de sus características.

La excepción a lo anterior se da en las operaciones de “maquila”, cuando la planta funciona en un país para producir bienes de consumo, o partes, o piezas, que se vayan a exportar hacia otro.

Por estas razones, y consciente de los criterios de globalización que indican que se debe diseñar una planta “para el mundo”, y no para una ciudad o país específico, pienso que la impartición de “diseño de plantas” en nuestros países debe necesariamente concordar con su realidad. Y que el contenido, enfoque y alcance de la asignatura deben girar alrededor de filosofías nacionales de diseño, y que en su desarrollo expositivo deben presentarse casos  apropiados a la realidad local, y no extraídos de textos excelentes, pero muy distanciados de la problemática específica del país.

El alcance

En mi opinión, lo mismo que pasa con el significado de “diseño de plantas”, pasa con el alcance.

Creo firmemente que en los países en vías de desarrollo el egresado de ingeniería química está llamado a jugar un rol mucho más decisivo, audaz y determinante, que el que juega su colega de los países desarrollados. Me parece que esto es así porque nuestra realidad es mucho menos determinística que la de ellos, que está totalmente normalizada, y que es -por lo mismo- absolutamente más predecible y definida para cada profesión y actividad.

Por estas razones creo que nuestro egresado debe convertirse, en su calidad de diseñador, constructor,  y operador de plantas adecuadas a la capacidad del mercado y a las particularidades del país, en un gestor de desarrollo, en un facilitador de la producción, y en un creador de riqueza.

Pienso que en esto consiste el desafío. Y que debe afrontarse con decisión: “haciendo camino al andar”, como decía Facundo Cabral; abriendo trocha; diseñando; creando infraestructura; pasando de seguidor, a creador, innovador, e improvisador; y que en esto la juventud es la que tiene la palabra…

El axioma

El axioma no me lo he inventado. Lo ha inventado la historia del desarrollo industrial. Y es este: La existencia de la industria petroquímica básica es condición imprescindible para que la industria química convencional pueda existir.

El paradigma

Si existe la petroquímica básica es posible diseñar, instalar y poner en marcha infinidad de pequeñas y medianas industrias químicas, que se derivan de la petroquímica, que es la primera, la más grande, la más sofisticada, y la más básica también.

La petroquímica posibilitaría, como lo ha hecho en todo el mundo, la existencia de otras industrias químicas, que potenciarían exponencialmente la actividad industrial; que podrían producir de modo continuo productos químicos para el desarrollo.

En base de la petroquímica se podría producir químicos como acetato de sodio, cloruro de bario, nitrato de sodio, etc., que constituirían materias primas para otras industrias, que a su vez originarían otras, a manera de avalancha, para lograr un desarrollo industrial real, que es lo que se requiere.

Las herramientas fundamentales: documentos de diseño y de operación de una planta

Documentos de diseño

Los documentos de diseño de una planta son, fundamentalmente: (1) El P&ID, o Diagrama de Instrumentación y Tuberías de la planta; (2) La Distribución en Planta, o Plant Layout, que puede ser tridimensional; o puede consistir al menos de una vista en planta, también llamada planimetría; y de una vista en elevación, o altimetría ; y (3) Los diseños y/o dimensionamientos de todos y cada uno de los equipos que conformen la planta, tales como tanques agitados, evaporadores, secadores, bombas, etc., consignados en “hojas de especificaciones” de formatos estándar, acompañados de las respectivas memorias de cálculo.

Documento de operación de la planta

El documento de operación es el Manual de Operación de la Planta, indispensable para hacerla funcionar en el día a día, para entrenar personal, y para auditar su funcionamiento, o incidentes importantes, como los que desgraciadamente reporta la prensa internacional cada cierto tiempo (http://gma.yahoo.com/plant-explosion-hurts-120-levels-homes-045222115–abc-news-topstories.html, http://www.usfa.fema.gov/downloads/pdf/publications/tr-035.pdf).

El P&ID de la planta

Si P&ID es una abreviación de la expresión anglosajona Piping and Instrumentation Diagram, que se traduce como “Diagrama de Instrumentación y Tuberías”.

Este “diagrama” en realidad es un juego de planos constituido por varias láminas.

Cada lámina del juego representa la instrumentación, el sistema de tuberías, y los equipos de una sección de planta. La representación debe seguir la norma ANSI/ISA-S5.1-1984(R 1992),  profusamente citada en  Internet y en otras fuentes.

El apócope ANSI se refiere al American National Standards Institute (http://www.ansi.org/), que es un instituto que consolida y mantiene miles de normas.

En el contexto del diseño de plantas, ANSI se refiere a los símbolos normalizados de diagrama de flujo de proceso de ingeniería química, mientras que  S5.1 se refiere a la norma ISA (Instrument Society of America, http://www.isa.org/) que es la Sociedad de Instrumentistas de los EE.UU, que es el referente internacional generalmente aceptado para la representación de la instrumentación en planos de proceso de ingeniería química, entre otras.

El P&ID casi nunca es un solo documento. En la mayoría de los casos puede, y debe, desglosarse en el número de láminas que se considere necesario, y debe fundamentarse en los justificativos de la configuración de control que el diseñador de la planta estipule, validados por las respectivas simulaciones.

Al igual que los equipos de proceso, las especificaciones de los instrumentos de control deben consignarse en las respectivas hojas de especificación, en formatos estándar ISA.

Utilidad del P&ID

Anteriormente expresamos que el P&ID debe contenerse en láminas separadas, para no aglomerar el dibujo, y para que éste tenga un tamaño adecuado que permita apreciar los detalles.

Las láminas deben dibujarse en papel normalizado por el Deutsches Institut für Normung (http://www.din.de).

Las láminas del P&ID sirven para que la estructura de automatización y control de cada sección de la planta pueda difundirse a los demás integrantes del grupo de diseño; a los ingenieros fiscalizadores; a los representantes de la autoridad que emite los permisos de construcción; a los ingenieros representantes del cliente; y -en general- sirven para que se pueda apreciar  la interrelación entre los sistemas de control regulatorio, y la de los entrelaces de la instrumentación discreta de la planta, en un lenguaje gráfico estándar comprensible a todo aquel que haya recibido la adecuada formación ingenieril.

El P&ID también sirve para generar los planos de montaje de cada sección, y para escribir el Manual de Operación de la planta, entre otras cosas.

Como se puede apreciar, el P&ID es uno de los documentos de diseño más importantes, porque, en cierta manera, de él depende la generación de los demás documentos de diseño.

La distribución en planta, o Plant Layout

Como su nombre lo indica, este documento de diseño, que también se contiene en diversas láminas, sirve para que los diseñadores estipulen los términos de la distribución física de la planta.

Como se ha indicado antes, la estipulación debe hacerse en planimetría y en altimetría, y -cuando se usa la modalidad 3D de AutoCad™, en tres dimensiones.

La distribución en planta sirve, entonces, para estipular, y -más importante aún- visualizar la distribución espacial de los componentes de la planta, incluyéndose equipos, controles, tuberías, áreas de circulación de personal y de abastecimiento, áreas de producción, bodegas, rutas de escape, alturas de montaje, sitios para grúas de montaje y mantenimiento, etc.

En base a la distribución en planta se puede encargar la construcción de una maqueta, que es muy útil para que el cuerpo de bomberos, la policía, los aseguradores, los prospectivos inversionistas  etc.  puedan apreciar la distribución espacial de la planta.

La distribución en planta es, también, imprescindible para generar los planos de montaje, conjuntamente con el P&ID.

El Manual de Operación de la planta

El Manual de Operación de la Planta (MOP) se prepara en base al diseño, a la simulaciones que se hayan realizado en ese contexto, y se afina -cuando sea necesario. en base a los ensayos de operación misma de la planta que los constructores hayan llevado a cabo antes de la entrega-recepción.

Como su nombre lo indica, el documento contiene las instrucciones de operación entre las que ocupan lugar principal la secuencia de arranque, y la de parada, además de otras secuencias importantes como pueden ser las de parada parcial, y otras paradas específicas como, por ejemplo, paradas para cambio de catalizadores.

Es el documento por excelencia que los peritos y/o auditores de seguridad requerirán para cualquier auditoría o investigación

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