CONCEPTUALIZACIÓN DEL PROCESO DEL PROYECTO INDUSTRIAL POR SIMULACIÓN EN VBA

El diseñador debe tener un concepto claro de las posibilidades tecnológicas del proceso desde la etapa de pre-diseño

En la etapa  preliminar al diseño de un proyecto, la información que el diseñador recibe es muy escueta. A menudo consiste sólo del nombre del producto, de la cantidad a producir, y de las especificaciones comerciales.

En esta etapa, no es totalmente improbable que el objetivo del proyecto se enuncie en muy pocas palabras: “Se requiere diseñar un proceso para producir 5000 kg/día de pasta de tomate”; “Queremos producir 10,000 l/día de jugo de naranja”, “Queremos producir yoduro de potasio, porque nos han dicho que es buen negocio” etc.

Competencias del diseñador

Para esto, se requiere de un diseñador imaginativo, que -sin amilanarse- enfrente la fase de pre-diseño en base de su sano criterio y a su experiencia, con soltura, y confianza en sí mismo.

También se requiere que pueda formular diseños preliminares, acompañándolos de la ingeniería básica respectiva, que pueda traducir los diseños a propuestas tecnológico-económicas concretas, y  -muy importante- que pueda vocalizarlas con claridad.

Para esto, es imprescindible que el diseñador desarrolle  (nótense las cursivas), en cada caso, un claro concepto del alcance del proyecto, de sus limitaciones económicas, de su significado en contexto socio-económico del país, y que -sobre esas bases- pueda formular las soluciones tecnológicas que considere más convenientes y viables.

Un ejemplo

1. Definición del problema

Supóngase que se requiere evaluar la pre-factibilidad del proyecto para producir un compuesto B a partir de un compuesto A.

2. Información adicional obtenida por el diseñador

En nuestro papel de diseñadores-asesores hemos averiguado que A puede adquirirse a $5/kg en lotes de por lo menos 5,000 kg; que B  puede venderse a $ 8.20/kg, a una pureza superior a 95%; y que un nicho conservador del mercado del proyecto podría estimarse entre 500 y 1000 kg/semana. También, hemos hecho averiguaciones a los fabricantes de tanques de acero inoxidable, y sobre esa base hemos estimado que el costo del reactor a razón de $15,000/m³.

Adicionalmente, a través de una bibliografía hemos obtenido los valores tentativos que se muestran en la tabla siguiente, conjuntamente con otras condiciones de operación, y hemos establecido, también, que la reacción es endotérmica, homogénea, líquido-líquido, y que la solubilidad de A es de 23 kg/m³.

Figura 1. Condiciones de operación del reactor para producción de B

Figura 1. Condiciones de operación del reactor para producción de B

3. Herramientas de diseño

Es imprescindible que el diseñador disponga de herramientas básicas de diseño con las que pueda producir una propuesta creíble, verificable, y suficientemente flexible para permitirle realizar cálculos repetitivos con muy poco esfuerzo.

Por esto, para el desarrollo del ejemplo utilizaremos un simulador hecho en VBA, de Excel™, que puede representar la operación de un reactor tanque-agitado en modalidad batch, o continua, con controles PI de temperatura, y de nivel, según el caso.

Para el análisis económico-financiero utilizaremos, así mismo una matriz programada también en Excel™, que permite estimar la inversión fija, y los índices financieros que mencionamos en un artículo anterior (https://simulacionblog.com/perfil-de-factibilidad-de-un-proyecto-algunos-conceptos-i/)

4. Enfoque para la solución tecnológica del problema

Para obtener una solución tecnológica del problema, se ha pensado en que B puede producirse en modalidad batch, porque la producción semanal es pequeña, y porque en modalidad batch la conversión, y por ende la pureza, dependen de la duración de éste, y porque para obtener la pureza en modalidad continua se requeriría de una separación por destilación, también continua, y de un reciclo, lo que complicaría un tanto la operación, e incrementaría la inversión.

Y que lo que se debe es establecer es una primera aproximación al volumen de reacción.

4.1 Simulación de la producción en modalidad batch

Los resultados que se obtienen para la simulación con los valores de la Figura 1, se pueden observar en la tabla inserta a continuación.

Figura 2. Resultados del batch

Figura 2. Resultados del batch

5. Análisis de los resultados de la simulación

Como puede observarse de los resultados que se muestran en la Figura 2, el reactor batch de 2 m³ de volumen de reacción no es suficiente para producir la producción mínima estimada de 700 kg del producto B en una semana, por lo que se debería utilizar un reactor de aproximadamente 4 m³ para poder producir el mínimo requerido, lo que es claramente inconveniente porque un reactor de ese volumen va a ser muy real, y en la simulación se trabaja con un reactor ideal, de mezcla perfecta.

Por lo dicho, se colige que se requieren dos reactores de 2 m³, que serán mucho más ideales que uno de 4 m³, y que -en principio- podrán producir los 700 kg de B, a 97% de pureza, en 0.8 semana, y los 1000 kg en 1.1 semana, lo que es aceptable y cumple con los requerimientos del proceso.

6. Análisis de la factibilidad económico-financiera del proyecto

Como se dijo antes, para realizar el análisis de la factibilidad económico financiera del proyecto se utiliza una matriz construida en Excel™, a la que se debe suministrar los dados del proyecto. En el análisis se considera que no habrá incremento de operarios. Se considera que el proyecto dura 10 años, que los socios contribuyen el 100% de la inversión, a costa de la re-inversión de utilidades del año anterior, y los costos y precios mencionados anteriormente.

6.1 Anexo de inversiones

A continuación se muestra el anexo de inversiones de la matriz de factibilidad ya mencionada, debiendo indicarse que se trató esta parte como si se tratase de una planta más en una instalación industrial que produce otros bienes de consumo.

Figura 3. Anexo de inversiones, proyecto de producción de B

Figura 3. Anexo de inversiones, proyecto de producción de B

Con referencia a la figura anterior, es importante destacar que el capital de operación forma parte de la inversión total, y que es un rubro destinado a sufragar, en este caso, los costos de producción en que se deba incurrir durante un mes, debiendo indicarse que se podría haber especificado un intervalo mayor, pero que no se hizo así considerando que el proyecto se inserta en una empresa con un instalación industrial mayor, ya establecida, que le otorga una flexibilidad financiera mayor que si  se tratase de un proyecto aislado.

Al respecto del capital de operación, debe enfatizarse que, si éste se incrementa, se incrementará también la inversión total, y que por ello aumentará el tiempo de recuperación de la inversión.

6.2 Anexo de flujo de caja

Este anexo se muestra a continuación.

Figura 4. Anexo de flujo de caja, proyecto de producción de B

Figura 4. Anexo de flujo de caja, proyecto de producción de B

En este anexo, que se describe en un artículo anterior que ya hemos referenciado aquí. En el anexo puede apreciarse lo que hemos comentado en la sección anterior: Que si la inversión fija aumenta, aumentará el intervalo de flujo de caja negativo del proyecto, lo que implicará un mayor tiempo de recuperación de la inversión.

La tasa interna de retorno, o TIR, del proyecto, calculada en base al flujo indicado, es igual a 41%, lo que supera con largueza cualquier rentabilidad de interés pasivo, y justifica la viabilidad financiera del proyecto.

6.3 Anexo de punto de equilibrio

Este anexo se muestra a continuación.

Figura 5. Anexo de punto de equilibrio, proyecto de producción de B

Figura 5. Anexo de punto de equilibrio, proyecto de producción de B

Respecto de este anexo pueden hacerse las siguientes observaciones:

1. El punto de equilibrio se encuentra en alrededor del 40% de la capacidad de producción total del proceso del proyecto.

2. Si bien es cierto que el gráfico de la figura anterior representa la producción total de la planta, esta se ha tomado como 700 kg/semana (base de semana de 7 días y 24 horas de operación), pero ante esto debemos tener presente que la planta consta de dos reactores de 2m³, lo que le permite producir más, y que -llegado el caso, y si la demanda lo justifica- se puede añadir un tercer reactor.

7. Conclusiones finales

Sobre la base de los requerimientos preliminares del proceso del proyecto, hemos propuesto una ingeniería básica, contenida en la simulación y en las variables y parámetros que pueden observarse en la Figura 1.

Así mismo, hemos propuesto una alternativa tecnológica de producción constituida por la propuesta de operar dos reactores en modalidad batch que producirían B en cantidades suficientes para satisfacer la demanda mínima del proyecto, de acuerdo a las especificaciones de pureza impuestas por el mercado.

Hemos comprobado que el proyecto es financieramente viable, e implícitamente, que también es tecnológicamente viable, porque la tecnología en que se basa (reactores tanque-agitados de un volumen razonable, con control de temperatura, y tanquería periférica) es conocida, manejable, y de simple operación; y porque, además, la tecnología para su fabricación es ampliamente conocida.

One comment on “CONCEPTUALIZACIÓN DEL PROCESO DEL PROYECTO INDUSTRIAL POR SIMULACIÓN EN VBA
  1. Rocio Baunsgard dice:

    Excelente trayectoria de planificacion que se puede usar como blue print para una variedad de proyectos.Incluye todos los pasos y detalles necesarios para su creaccion e implemtacion.

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