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UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTALFRANCISCO DE MIRANDAAREA DE TECNOLOGIAPROGRAMA DE INGENIERIA QUÍMICADISEÑO DE PLANTAS

Tema Nº 4 Seguridad en el Diseño de Plantas

4.1 Principios de básicos de Seguridad en el Diseño de plantas químicas.

La seguridad y la higiene industrial son requisitos indispensables para cualquier planta industrial, especialmente cuando se está realizando el diseño de los lugares de trabajo, lo cual implica no sólo el ordenamiento de cada uno de los elementos (máquinas, equipos, herramientas, personal, etc.) o los espacios para el movimiento de los mismos, sino también que la adecuación sea segura y ergonómica de manera que haya una reducción de los riesgos., sobre todo por el beneficio que genera tanto a las empresas como a los trabajadores.Seguridad industrialCampo de acción conformado por normas, técnicas y procedimientos utilizados para prevenir los accidentes mediante la evaluación, análisis y control de las causas que los producen, ayudando así a establecer condiciones apropiadas y seguras de trabajo y bienestar general. Es decir, se ocupa de dar lineamientos generales para el manejo de riesgos en la industria.Higiene industrialCampo de acción conformado por normas, técnicas y procedimientos utilizados para prevenir los accidentes mediante la evaluación, análisis y control de las causas que los producen, ayudando así a establecer condiciones apropiadas y seguras de trabajo y bienestar general. Es decir, se ocupa de dar lineamientos generales para el manejo de riesgos en la industria.

RIESGO:

Rev 01 de Junio de 2017. Página 1 de 24

Situación potencial de causas (humanas, materiales, naturales) que explican la aparición de accidentes o enfermedades. Es la probabilidad de lesión o daños materiales.FACTOR DE RIESGO: Elemento o acción que puede producir daño en la salud de los trabajadores, Ejemplo, sobre esfuerzo físico, obstáculos en el camino, exceso de peso en la carga.LESIÓN: Daño que sufre el cuerpo debido a accidentes como caídas, golpes, quemaduras, etc

ACCIDENTE DE TRABAJO: Es todo suceso repentino que sobrevenga por causa o con ocasión del trabajo y que produzca en el trabajador una lesión orgánica, una perturbación funcional, una invalidez o la muerte.ENFERMEDAD PROFESIONAL: Daño que afecta a la salud de una persona, provocado por la ejecución repetitiva de una acción y la exposición permanente a riesgos ambientales de trabajo durante el desarrollo de sus labores, que puede incapacitar a largo plazo al trabajador de forma temporal o permanente.

Algunas recomendaciones básicas que se deben aplicar cuando se están desarrollando las tareas cotidianas en el trabajo, según la norma OHSAS 18001:Recomendaciones de Seguridad Industrial

Avisar a un supervisor o jefe inmediato sobre las condiciones peligrosas e inseguras que se observen.

No manejar máquinas, herramientas o vehículos sin autorización.

Utilizar las herramientas apropiadas y cuidarlas. Al terminar la tarea dejar las herramientas en su sitio.


Emplear en cada tarea los elementos de Protección Personal. No retirar sin autorización ninguna protección de seguridad o

señal de peligro. Contar con un botiquín de primeros auxilios o servicio médico. No realizar bromas en el trabajo. No improvisar, es mejor seguir las instrucciones y normas. Prestar atención al trabajo que se está realizando.

Recomendaciones de orden y limpieza Mantener limpio y ordenado el puesto de trabajo No dejar materiales alrededor de las máquinas o en lugares que

estorben el paso. No dejar materiales tirados en el piso ya que pueden causar un

accidente. Organizar y guardar los materiales y herramientas en lugares

seguros. No obstruir los pasillos, escaleras, puertas o salidas de

emergencia.

Es aquella actividad dedica al diagnóstico y prevención de enfermedades ocupacionales, mediante realización de estudios y control de dos variables importantes, como son el hombre y su medio ambiente de trabajo, con el fin de evitar el ausentismo laboral, que se puede presentar de manera provisional o definitiva.

El plan de higiene del trabajo generalmente incluye la prestación de servicios médicos, de enfermería y dispensarios de emergencia y de primeros auxilios, en tiempo total o parcial.

Dentro del plan es importante realizar las siguientes acciones: Realizar exámenes médicos de admisión para el personal.


Atender las lesiones sufridas por el personal durante la realización de sus labores.

Aplicar Primeros auxilios. Eliminar y controlar las áreas insalubres. Llevar registros médicos adecuados .Emplear hospitales de buena categoría. Realizar exámenes médicos periódicos de revisión y chequeo

para el personal. Supervisar las condiciones de higiene y de salud de los

trabajadores. Supervisar las condiciones de higiene y de seguridad en las áreas

de trabajo.

Importancia de la seguridad industrial para la prevención de accidentes en los que

intervienen sustancias químicas

Actualmente existe gran preocupación por parte de la opinión pública por la posibilidad de

que ocurran accidentes industriales de graves consecuencias.

Los accidentes que revisten un mayor nivel de daño son aquellos que involucran sustancias

químicas. Los accidentes industriales y la magnitud de sus efectos son el resultado de un

conjunto de factores que es necesario considerar.

Diariamente las instalaciones industriales consumen miles de toneladas de sustancias químicas

de diversos tipos y con diferentes niveles de peligrosidad. En realidad, no se podrían elaborar

una serie de productos de consumo doméstico o industrial sino se utilizaran sustancias

químicas; es por ello que los ingenieros de procesos y los especialistas en seguridad de plantas

industriales aplican sus conocimientos y esfuerzos para prevenir la ocurrencia de accidentes

industriales, manejando adecuadamente el riesgo que implica el uso de sustancias químicas

peligrosas.

Los accidentes industriales relacionados con sustancias químicas se pueden clasificar en dos

grandes tipos. El primero compromete las instalaciones y atenta contra la salud de los

trabajadores de la planta industrial y de poblaciones adyacentes; dependiendo de su magnitud, un

accidente de este tipo puede llegar a ser considerado como una catástrofe, no sólo en función de los

daños materiales y sus implicaciones económicas, sino también por el deterioro de la salud de los


trabajadores y comunidades vecinas, así como por sus impactos ambientales. Los accidentes

químicos pueden afectar gravemente la salud, causando pérdidas humanas y enfermedades entre la

población afectada, algunas de las cuales no se observan en forma inmediata sino a través del

tiempo. Además, los accidentes químicos generan la contaminación de aire, agua y suelo, y

producen alteración de los ecosistemas, afectando, por ejemplo, la calidad y productividad

agropecuaria.

Los accidentes industriales ocasionan daños materiales que implican el gasto de gran cantidad

de recursos en el control de los mismos, así como en la rehabilitación de los lugares afectados y

en la indemnización de los afectados.

4.3 DEFINICIONES BÁSICAS EN EL DISEÑO DE PLANTAS:

TEMPERATURA y PRESIÓN DE DISEÑO

La temperatura y la Presión de diseño de un sistema afectan la seguridad , la confiabilidad y la

economía de la planta

La fijación de la temperatura y la presión de diseño influencia o determina el material a utilizar, el

espesor del componente, la flexibilidad de la tubería, la disposición de las unidades, los soportes, el

aislamiento, la fabricación y las pruebas de los equipos y sistemas de tuberías a ser instalados.

4.3.2 DETERMINACIÓN DE CONDICIONES DE DISEÑO

A Determinar los conjuntos más severos de condiciones de operación normal y alternativa. Entre ellos

tenemos:

•La temperatura de fluido más alta esperada, en conjunto con otra condición de operación

coincidente.

• La presión de fluido más alta esperada, en conjunto con otra condición de operación

coincidente.

• El nivel de líquido más alto esperado, en conjunto con otra condición de operación coincidente.

• La temperatura de fluido más baja esperada, independientemente de la presión.

B. Determine las contingencias de diseño y remotas que deberán ser consideradas (auto-congelación,

rotura de tubos)

C. Ajuste las condiciones de operación para obtener los valores de diseño.

La temperatura y la presión de diseño deben ser establecidas de forma tal que sean adecuadas para

cubrir todas las condiciones de operación previsibles, incluyendo arranque, parada, perturbaciones del

proceso, incrementos planificados en la severidad de operación.

4.3.3 CONSIDERACIONES PARA ESTABLECER CONDICIONES DE OPERACIÓN

1. Enfriamiento debido a auto-refrigeración


2. Operaciones con vapor

3. Operaciones de arranque y parada

4. Rangos de operación de las variables

5. Purgas y limpiezas

6. Condiciones de presión de vacío y externas

7. Derivaciones en intercambiadores de calor

8. Regeneración de catalizadores

9. Taponamiento en intercambiadores de calor

10. Pulsaciones en compresores reciprocantes

11. Niveles de líquido

12. Caidas de presión en los recipientes

13. Equipos y tuberías asociados con compresores y bombas centrífugas

4.3.4 CONTINGENCIAS DE DISEÑO

1. Fallas en servicios industriales

2. Operación incorrecta de válvulas

3. Derrames de líquido en operaciones de llenado

4. Circuitos cerrados

5. Equipos integrados

6. Control automático

7. Condiciones de vacío

8. Sistemas de fraccionamiento

9. Expansión térmica de líquidos atrapados 10.incendios

Entre las definiciones básicas en el diseño de plantas tenemos:

TEMPERATURA de DISEÑO

TEMPERATURA MÀXIMA DE OPERACIÓN

PRESIÓN DE DISEÑO

PRESIÓN MÀXIMA DE OPERACIÓN

SELECCIÓN DE BRIDAS.

Temperatura de Diseño (Td): Es el valor de temperatura que se considera para la selección del material

del equipo a diseñar

Temperatura de Operación (T op): Es el valor de la temperatura alcanzada en el interior del equipo o

sistema en condiciones normales de funcionamiento a la presión de operación


Temperatura Máxima de Operación (T mop): Es el máximo valor de la temperatura que estima, y se

producir en el interior del equipo en condiciones extremas de funcionamiento

Presión de Diseño (Pd): Es el valor de la presión que se toma para el cálculo del espesor del equipo a la

temperatura de diseño. La presión de diseño no podrá ser menor a la presión máxima de servicio

Presión de Operación (Pop): la presión normal de trabajo del equipo o unidad a la temperatura de

operación

Presión Máxima de Operación (P mop): Es la presión más alta que se puede dar en el equipo, en

condiciones extremas o de contingencia de funcionamiento del proceso

La temperatura y la Presión de diseño de un sistema afectan la seguridad , la confiabilidad y la

economía de la planta

La fijación de la temperatura y la presión de diseño influencia o determina el material a utilizar, el

espesor del componente, la flexibilidad de la tubería, la disposición de las unidades, los soportes, el

aislamiento, la fabricación y las pruebas de los equipos y sistemas de tuberías a ser instalados.

La temperatura y la presión de diseño deben ser establecidas de forma tal que sean adecuadas para

cubrir todas las condiciones de operación previsibles, incluyendo arranque, parada, perturbaciones del

proceso, incrementos planificados en la severidad de operación.

4.3.5 PRESIÓN Y TEMPERATURA DE DISEÑO

El ingeniero de procesos determina la máxima combinación de presión y temperatura a la cual el

proceso operará. El diseño mecánico normalmente establece un margen por encima de las

condiciones de operación. La escogencia de márgenes adecuados de diseño envuelve

consideraciones de costo y seguridad.

La presión limitante para un sistema generalmente está gobernada por el diseño de los recipientes

de presión.

PRESIÓN DE DISEÑO

Es la presión máxima que un recipiente u otro sistema sometido a presión, tendrá en una base

continua. Este valor se usa para diseñar el espesor mínimo de las paredes de un recipiente. La

temperatura debe especificarse en conjunto. También se le refiere como la máxima presión de

operación más un margen de seguridad.

MÁXIMA PRESIÓN DE TRABAJO PERMITIDA (MAWP)


Es la presión manométrica máxima permisible en el tope de un recipiente en su posición normal de

operación a su temperatura designada para esa presión. Se utiliza mayormente para especificar la

máxima presión en dispositivos de alivio.

PRESIÓN MÁXIMA DE OPERACIÓN debe ser considerada como una presión a la cual el

proceso pudiera operar. No necesariamente es la presión de diseño, pero puede resultar de la

consideración de: irregularidades de proceso, operaciones de arranque y apagado.

ESTABLECIMIENTO DE TEMPERATURA DE DISEÑO

Para rangos de operación entre 120 y 750 º F. Se elige el mayor valor entre

T DISEÑO: T Máxima de operación +50 ºF

T DISEÑO: Máxima Temperatura que se podría esperar

Para Intercambiadores: considerar la operación del los equipos alternos.

ESTABLECIMIENTO DE PRESIÓN DE DISEÑO

Para rangos de operación entre 0 y 250 PSIG. Se elige el mayor valor entre:

P DISEÑO : P operación + 25 PSIG

P DISEÑO : P operación + 10 % P OPERACIÓN

Para presiones de operación mayores a 250 PSIG:

P DISEÑO: p OPERACIÓN + 10 % POPERACIÓN

Para Bombas Centrifugas:

P DISEÑO = P DISEÑO DE SUCCIÓN + Máx. Cabezal Estático + ∆P MAX DE LA BOMBA

P DISEÑO = P DISEÑO DE SUCCIÓN + 120 % ∆P DISEÑO LA BOMBA

En intercambiadores de calor la presión de diseño se especifica por separado (Lado Tubo – lado

carcasa). Considerando la caída de presión de los equipos asociados

Para equipos ubicados después de una bomba, se elige el mayor entre los siguientes valores:

P DISEÑO = P NORMAL DE SUCCIÓN DE LA BOMBA + 1.2 ∆P NORMAS DE LA BOMBA

P DISEÑO = P MÁXIMA DE SUCCIÓN DE LA BOMBA + ∆P NORMAS DE LA BOMBA.

Temperatura de Diseño: La temperatura de diseño de equipos y sistemas de tuberías se define

generalmente como la temperatura correspondiente a la más severa condición de temperatura y presión

coincidentes, a la que va estar sujeto el sistema


De igual importancia en el diseño y las especificaciones mecánicas son la temperatura mínima y, en

algunos casos, otras temperaturas extremas que puedan ocurrir a vacío o a bajas presiones de operación

Temperatura de operación:

Es la temperatura de fluido del proceso prevista para la operación normal

Temperatura de operación máxima:

Es la temperatura más alta del fluido del proceso prevista para las desviaciones esperadas de la operación

normal

Temperatura de Diseño:

Es la temperatura del metal que representa las condiciones coincidentes más severas de presión y

temperatura. Esta temperatura es utilizada para el diseño mecánico de equipos y tuberías, incluyendo

la selección de materiales

Esta temperatura de diseño debe ser al menos 10 º C superior a la temperatura de operación máxima

La temperatura de diseño de equipos y sistemas protegidos por válvulas de alivio debe ser al menos la

máxima temperatura coincidente con la presión de ajuste de la válvula de alivio respectiva.

Temperatura de diseño de equipos:

La temperatura de diseño de los equipos a presión o a vacío se determina estableciendo las condiciones más

severas, simultáneas, de temperatura y presión que ocurrirán en cualquier fase de las operaciones del

proceso.

Equipos a temperaturas mayores que el ambiente

El incremento de temperatura utilizado para cubrir las variaciones de operación para temperatura de

diseño hasta 400 º C (752 ºF) no tiene restricciones cuando el material es acero

En este rango de temperatura se le agrega un incremento de 28 ºC (50 ºF) a la temperatura de

operación, cuando no se tiene una temperatura de operación máxima superior a la de operación normal

A temperaturas superiores a 400 º C (752 º F), se debe considerar aislamiento interno de los equipos, o

aleaciones especiales de acero, La presión y temperatura de diseño no se deben fijar arbitrariamente a un

nivel alto, tal que se requiera una clase siguiente superior de tubería o un material más costoso.

4.3.6 CRITERIO DE SELECCIÓN DE LOS MATERIALESLa innovación en ingeniería a menudo significa el uso inteligente de un nuevo material.

Los clips de plástico representan intentos de mejorar con polímeros, lo que previamente se

hacía con metales. Y los desastres en ingeniería con frecuencia están causados por un mal

uso de los materiales. Cuando una cucharilla de plástico se dobla mientras se remueve el


café, o cuando un avión cae al suelo porque aparecen fisuras en su cola, se debe a que los

ingenieros que los diseñaron emplearon materiales equivocados o no entendieron las

propiedades de éstos. Por ello es vital que el ingeniero profesional conozca cómo se

seleccionan los materiales y sepa cuál se ajusta a las demandas del diseño –demandas

económicas y estéticas, así como de resistencia y durabilidad. El diseñador debe comprender

las propiedades de los materiales y sus limitaciones.

MATERIAS PRIMAS:

Son los recursos naturales a partir de los que obtenemos los materiales que empleamos en la actividad

técnica.

MATERIALES:

Son los productos útiles para la actividad tecnológica que se obtienen de la transformación de las

materias primas.

SELECCIÓN:

Al elegir un material para una determinada aplicación, habrá que tener en cuenta los siguientes

factores:

Sus propiedades: dureza, flexibilidad, resistencia al calor.

Las posibilidades de fabricación: las máquinas y herramientas de las que se dispone, la

facilidad con que se trabaja

Su disponibilidad: la abundancia del material, la proximidad al lugar donde se necesita...

Su impacto

Su precio

CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES

Hay muchas formas de clasificar los materiales: según su composición, por su origen, de acuerdo

con sus propiedades físico- químicas, desde el punto de vista de la fabricación, etc.

Según su origen, los materiales se pueden clasificar en materiales naturales y materiales artificiales,

dependiendo de que se encuentren directamente en el medio natural o sean el resultado de algún proceso

de fabricación. Por ejemplo, el granito es un material natural, mientras que el acero es un material

artificial.

Según su composición, los materiales se pueden clasificar en elementos y compuestos, homogéneos

y heterogéneos, metálicos y no metálicos, inorgánicos y orgánicos, etc.

Según sus propiedades, los materiales se pueden clasificar en rígidos y flexibles, tenaces y

frágiles, conductores y aislantes, reciclables y no reciclables, etc.

En líneas generales, se puede afirmar que no existe ningún material perfecto que se pueda emplear

para la fabricación de cualquier producto. Cada aplicación necesita de un material que cumpla unas


características determinadas. Para elegir adecuadamente un material es necesario conocer, entre otras,

sus propiedades sensoriales, ópticas, térmicas, magnéticas, químicas, mecánicas, etcétera. La elección

de un material se debe hacer cuidadosamente desde el punto de vista de sus propiedades, dependiendo

de la aplicación a la que se destine.

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

Las propiedades de un material determinado se pueden clasificar en cinco grupos diferentes:

- Propiedades químicas.

-Propiedades físicas.

-Propiedades mecánicas.

-Propiedades de fabricación.

- Propiedades estéticas y económicas

Salvo las estéticas y económicas, las demás propiedades de un material dependen de su estructura

interna y condicionan su comportamiento durante el proceso de fabricación, a la vez que le confieren

utilidad para unas determinadas aplicaciones.

Ya que la estructura interna de un material define sus propiedades, si queremos modificar éstas

habrá que variar de alguna manera su estructura interna; esto se consigue, en el caso de los metales, al

alearlos entre sí o al someterlos a tratamientos térmicos.

PROPIEDADES QUÍMICA

Uno de los factores que limitan de forma notable la vida de un material es la alteración química que

puede experimentar en procesos de oxidación o corrosión.

OXIDACIÓN Cuando un material se combina con el oxígeno, transformándose en óxidos más o

menos complejos, se dice que experimenta una reacción de oxidación.

CORROSIÓN Cuando la oxidación de un material concreto se produce en un ambiente húmedo o

en presencia de otras sustancias agresivas, se denomina corrosión. Ésta es mucho más peligrosa para la

vida de los materiales que la oxidación simple, pues en un medio húmedo la capa de óxido no se

deposita sobre el material, sino que se disuelve y acaba por desprenderse.

PROPIEDADES FISICA

Las propiedades físicas se deben al ordenamiento en el espacio de los átomos de los materiales. Las

más relevantes son las siguientes:

- Densidad y peso específico.

- Propiedades eléctricas.

- Propiedades térmicas.


- Propiedades ópticas.

PROPIEDADES FISICO

DENSIDAD Y PESO ESPECÍFICO Se denomina densidad a la relación existente entre la masa

de una determinada cantidad de material y el volumen que ocupa. Por peso específico se entiende la

relación existente entre el peso de una determinada cantidad de material y el volumen que ocupa.

PROPIEDADES ELÉCTRICAS Todas las sustancias, en mayor o menor grado, son conductoras

de la corriente eléctrica y también, según ciertas características de construcción y naturaleza, ofrecen

una resistencia al paso de la corriente. La resistencia eléctrica de un material conductor depende, entre

otros factores, de su naturaleza; es decir, de la presencia de electrones móviles e n los átomos y de su

grado de movilidad ante la acción de un campo eléctrico.

PROPIEDADES TÉRMICAS Las propiedades térmicas son aquéllas que están íntimamente

relacionadas con la temperatura y que, lógicamente, determinan el comportamiento del material en unas

condiciones dadas.

Dilatación térmica El origen de la dilatación térmica reside en que al aumentar la temperatura

aumentan las vibraciones de las partículas del material, lo que da origen a una mayor separación entre

ellas. Calor específico Se define el calor específico de una sustancia como la cantidad de energía

calorífica que es preciso aportar a la unidad de masa de dicha sustancia para elevar su temperatura en un

grado, sin que se presenten cambios de fase.

Propiedades ópticas Cuando la luz incide sobre los cuerpos, éstos se pueden comportar de tres

maneras distintas.

Los cuerpos opacos absorben o reflejan totalmente la luz, impidiendo que pase a su través. .

Los cuerpos transparentes transmiten la luz, por lo que permiten ver a través de ellos. .

Por último, el tipo de cuerpos denominados translúcidos dejan pasar la luz, pero impiden ver los

objetos a su través.

PROPIEDADES MECANICAS

Están relacionadas con la forma en que reaccionan los materiales cuando actúan fuerzas sobre ellos.

Las más importantes son:

Elasticidad: Capacidad que tienen algunos materiales para recuperar su forma, una vez que ha

desaparecido la fuerza que los deformaba.


Plasticidad: Habilidad de un material para conservar su nueva forma una vez deformado. Es

opuesto a la elasticidad.

Dureza: Oposición que ofrece un cuerpo a dejarse rayar o penetrar por otro o, lo que es igual, la

resistencia al desgaste.

Fragilidad: Es opuesta a la resiliencia. El material se rompe en añicos cuando una fuerza impacta

sobre él.

Tenacidad: Resistencia que opone un cuerpo a su rotura cuando está sometido a esfuerzos lentos

de deformación.

Fatiga: Deformación (que puede llegar a la rotura) de un material sometido a cargas variables,

inferiores a la de rotura, cuando actúan un cierto tiempo o un número de veces.

Maquinabilidad: Facilidad que tiene un cuerpo a dejarse cortar por arranque de viruta.

Acritud: Aumento de la dureza, fragilidad y resistencia en ciertos metales como consecuencia de la

deformación en frío.

Colabilidad: Aptitud que tiene un material fundido para llenar un molde.

Resiliencia: Resistencia que opone un cuerpo a los choques o esfuerzos bruscos.

PROPIEDADES DE FABRICACIÓN

Maleabilidad: indica si un material se puede estirar en láminas sin romperse.

Ductilidad: señala si se puede estirar en forma de hilos.

Forjabilidad: da idea de la capacidad que posee un material para ser forjado.

Otras propiedades, que se refieren a la capacidad para someter al material a procesos de extrusión,

soldadura, etc.

PRUEBAS:

Las propiedades de fabricación informan acerca de la posibilidad de someter un material a una

determinada operación industrial. Entre estas propiedades, se pueden mencionar las siguientes:

Para determinar las propiedades de los materiales, se realizan ensayos, que pueden ser: •

a) Destructivos: es cualquier tipo de prueba practicada a un material que altere o modifique de forma

permanente sus propiedades físicas, químicas, mecánicas o dimensionales.

Los Ensayos Destructivos más comunes son: Ensayo de tracción, compresión, flexión, plegado,

resiliencia (Ensayo Charpy), cizalladura o cortadura y torsión. •

b) No destructivos: es cualquier tipo de prueba practicada a un material que no altere de forma

permanente sus propiedades físicas, químicas, mecánicas o dimensionales. Los END más comunes

son: Radiografía, Ultrasonidos, Tintes Penetrantes y Partículas Magnéticas


Ensayo de tracción Consiste en estirar lentamente una probeta, de longitud y sección normalizadas,

del material a analizar, hasta que se rompe. A continuación se analizan los alargamientos producidos a

medida que aumenta la fuerza.

Ensayo de fatiga Consiste en hacer girar rápidamente una probeta normalizada del material a

analizar, al mismo tiempo que se deforma (flexión) debido a la fuerza. Al número de revoluciones que

ha girado antes de romperse se le llama límite de fatiga.

Ensayo de dureza Consiste básicamente en ejercer una determinada fuerza con un diamante o bola

de acero sobre la pieza a analizar y ver las medidas de la huella dejada. Luego se aplica una fórmula y se

calcula el grado de dureza. Las escalas más importantes son: Brinell y Rockwell.

Ensayo de resiliencia Consiste en determinar la energía necesaria para romper una probeta

normalizada del material a analizar, mediante un impacto. Se usa un péndulo (Péndulo de Charpy) que

lleva una velocidad de entre 5 y 7 m/s. Para calcular esta energía se anota la altura a la que se suelta.

Ésta será una energía potencial. Después de haber roto la probeta, la energía sobrante hará ascender el

péndulo un ángulo b.

DISPONIBILIDAD YCOSTOS DE MATERIALES

La factibilidad de un proyecto de producción depende, en gran medida, de la disponibilidad de los

materiales. Incluso en múltiples ocasiones, el proyecto surge a partir de la existencia de materias primas

susceptibles de ser transformadas o comercializadas. Conviene conocer su disponibilidad actual y a

largo plazo y si está disponibilidad es constante o estacional. En el caso de proyectos agroindustriales

sujetos al ciclo de producción que puede ser temporal o ampliarse a través de producción en zona de

riego.

Además de la disponibilidad de los materiales hay que conocer las fuentes de adquisición de otros

materiales secundarios o auxiliares del proceso de producción del bien o de los servicios en cuestión. El

estudio de disponibilidad puede resultar positivo, empero el proyecto puede verse en una situación

bastante difícil sino existen los materiales secundarios utilizados. De igual forma hay que prever la

disponibilidad de los servicios requeridos por el proyecto. Tal es el caso del agua en la industria de la

celulosa y el papel; de la energía eléctrica en la producción de aluminio, del gas en el proceso de forja,

etc.

En los estudios de materiales e insumos se analiza la disponibilidad en cuanto a volúmenes

existentes y períodos de producción, pero también el precio de adquisición, el grado de

transportabilidad, etc.

En ocasiones el precio de materias resulta tan alto que pone en peligro la rentabilidad del proyecto.

En otros casos, las materias primas tienen tal problemática en cuanto a transporte, que obligan al

formulador del proyecto a localizar la planta cerca de la fuente de materias primas, ya sea por su grado


de percibilidad y por su baja densidad económica o por el peligro de explosiones. Finalmente, deberá

calcularse el porcentaje de la oferta de materias primas utilizado por otras plantas, para determinar la

disponibilidad para la nueva planta en proyecto.

CALIDAD DE LOS MATERIALES

Hay una tendencia creciente a que los materiales lleguen a obra con su calidad certificada de

antemano. Sucede, no obstante, que todavía no ha cuajado un sistema de certificación universalmente

admitido y, en la actualidad, coexisten diversos sistemas (y ello en todos los países) de diferente

fiabilidad. Importa por ello conocerlos para poder juzgar la validez de lo que en cada caso se nos

ofrezca.

Certificado de origen. Es un certificado del fabricante donde manifiesta que su producto cumple la

especificación correspondiente. No tiene gran validez real, pero puede tenerla a efectos de

responsabilidad legal si, posteriormente, surge algún problema. A veces va acompañado de resultados

de ensayos. en cuyo caso su validez es mayor.

Certificado de ensayo en laboratorio homologado: Se refiere a una muestra determinada. por lo

que tiene muy poca validez con respecto a la producción total. Hay veces en que este tipo de certificado

se emplea para llamar a engaño al utilizador. En cualquier caso, hay que distinguir:

•si la muestra la tomó e1 fabricante, el laboratorio o un tercero,

•si se tomó al azar o en forma determinista;

•cuál es la fecha del certificado;

•si cubre todos los ensayos que impone la norma o sólo algunos de ellos, y

•si el laboratorio es acreditado.

Certificado de homologación del producto. Corresponde a la aprobación de un prototipo y nada

indica acerca de la calidad de fabricación posterior Un ejemplo de ello son las Fichas de Homologación

de Forjados.

Sello o Marca de Conformidad a Norma. Es el sistema de certificación más fiable, al referirse a la

producción de manera continuada. Por su importancia le dedicamos el apartado siguiente.

• El criterio de selección de materiales se basa principalmente en sus propiedades

• Al seleccionar un material se debe tener en cuenta su disponibilidad, la abundancia del material, y la

proximidad al lugar donde se necesita.

•Siempre se debe verificar la calidad del material a utilizar para brindar un producto que satisfaga al

cliente.

ANSI: American National Standard Institute


Presenta especificaciones de materiales y equipos, métodos de prueba, características y valores, selección y dimensionamiento que deben cumplir los equipos y materiales, simbología, definiciones y recomendaciones de diseños de sistemas eléctricos.

ASME: American Society of Mechanical EngineersSe utiliza para el diseño de recipientes a presión y calderas.

4.4 Diseño de sistemas de alivio de presión

Los diseños actuales de plantas de procesos incluyen el uso de sistemas de alivio de presión (normalmente

válvulas de seguridad y/o discos de ruptura) como medida para asegurar el correcto funcionamiento en

condiciones normales y también anormales de equipos críticos. Es importante recordar que un sistema de

alivio de presión es un sistema de seguridad destinado a proteger equipos presurizados en los que un error

puede tener consecuencias catastróficas.

Uno de los criterios de diseño a tener en cuenta por los ingenieros de proceso es la existencia de condiciones

de trabajo 'especiales', como por ejemplo la existencia de contrapresiones, que sin duda pueden afectar las

características de funcionamiento y la capacidad de alivio de un sistema de alivio de presión.

4.4.1 Uso de sistemas de alivio de presión

Un sistema de alivio de presión se usa típicamente como último recurso para evitar que un equipo

presurizado exceda su límite en lo que a presión se refiere, previniendo así de posibles situaciones

peligrosas que pueden ocasionar daños materiales y humanos. La protección contra sobrepresión se aplica

en instalaciones industriales para asegurar que se cumplen los niveles de seguridad exigidos, y además

aseguran que sus inversiones estén protegidas contra los efectos de niveles de presión inaceptables.

La instalación de sistemas de alivio de presión es muy importante, pero también lo es elegir el sistema

oportuno para cada situación. De hecho cada día se producen en la industria problemas en estos sistemas

durante la operación normal, debidos a una selección incorrecta del sistema, una instalación incorrecta, falta

de mantenimiento o un diseño incorrecto/incompleto.

Uso de sistemas de regulación, monitorización y sistemas de seguridad en la industria

Existen diferentes métodos para asegurar unas condiciones de trabajo seguras:

a) Sistemas de regulación: se tratan típicamente de sistemas diseñados para ajustar o controlar un

parámetro en concreto (ya sea presión, nivel, temperatura, etc…) para que permanezcan dentro de

unos límites predeterminados y aceptables.

b) Sistemas de monitorización: estos sistemas chequearan periódicamente una serie de parámetros de

operación, y avisarán al usuario de aquellos que presentan alguna irregularidad, para que así se


puedan tomar las medidas oportunas (ya sea automáticamente con el mismo sistema de

monitorización o bien a través de la intervención de un operario).

c) Sistemas de seguridad: son sistemas que previenen que alguno de los parámetros de trabajo supere sus

límites aceptables, asegurando así que los riesgos para el equipo y para los trabajadores sean

eliminados o controlados.

4.4.2 El papel del análisis y la reducción de riesgos

Uno de los pasos más críticos para establecer el rol y la configuración correcta de cada uno de los sistemas

anteriormente descritos es realizar la evaluación de riesgos. Los ingenieros de proceso deberán considerar

todos los escenarios posibles para seleccionar los sistemas más apropiados. Esto requiere una evaluación de

riesgos realista, a través del análisis.

La figura 2 representa un gráfico de los pasos esenciales:

Identificar los peligros potenciales durante la operación debe hacerse de la forma más realista posible. Las

siguientes situaciones peligrosas pueden darse:

• Errores en las condiciones de operación


• Errores humanos

• Sobrellenado

• Falta de mantenimiento

• Características físicas y químicas del fluido (polimerización, cristalización, reacciones exotérmicas,

corrosión, toxicidad, estabilidad…)

• Condiciones específicas atmosféricas (vibraciones, erosión, fuego externo)

• Etc.

Todos estos factores pueden provocar que la presión exceda los límites de un equipo.

Basado en los resultados de la evaluación de riesgos, el equipo presurizado puede ser diseñado

correctamente, y se seleccionará el sistema de seguridad más efectivo para ese equipo en concreto. Durante

el diseño del equipo hay que:

• Eliminar o reducir los riesgos identificados

• Incorporar sistemas de protección si los riesgos no pueden ser eliminados.

• Informar al usuario de posibles riesgos residuales.

• Indicar las medidas de protección apropiadas.

• Prevenir el uso incorrecto de los sistemas de seguridad.

Bajo cualquier circunstancia se dará preferencia a las soluciones intrínsecamente seguras. Como norma

general resultará inevitable el uso de sistemas de seguridad, como por ejemplo el uso de sistemas de alivio

de presión, en el diseño de los equipos presurizados. La normativa de equipos a presión (en inglés, Pressure

Equipment Directive, PED) así lo indica generalmente. Los sistemas de seguridad se diseñarán para poder

trabajar independientemente de otras funciones, y deberán ser fiables en cualquiera de las condiciones

determinadas en la evaluación de riesgos (puestas en marcha, paradas, mantenimientos...).

4.4.3 Medidas para limitar la presión

Existen los siguientes tipos de sistemas de alivio de presión para proteger los equipos presurizados:

a) Dispositivos que vuelven a cerrar.

b) Dispositivos que no vuelven a cerrar.

c) Combinación de ambos.


Elegir la mejor opción dependerá de diferentes parámetros, ya sean técnicos y/o económicos. La mayoría de

aplicaciones pueden ser catalogadas como aplicaciones primarias (donde existirá un único sistema de alivio

de presión (Figura 3), y como aplicaciones secundarias. En las aplicaciones secundarias pueden existir

dudas sobre el sistema de alivio de presión primario, o bien un único sistema no es suficiente para aliviar

toda presión en determinadas condiciones especiales. Por ello se instala un segundo sistema de alivio de

presión en paralelo con el primero (Figura 4). El tarado del sistema de alivio de presión secundario deberá

ser superior al del primario, pero bajo ningún concepto será mayor a la presión de diseño del equipo a

proteger.

Figura 3.


Figura 4.

El uso de dispositivos que no vuelven a cerrar ofrecerá generalmente soluciones más económicas, pero

requiere que una vez activados el proceso pare o sea redirigido para que el sistema pueda ser substituido.

Así pues, este tipo de dispositivos serán seleccionados únicamente como sistema primario de alivio de

presión en aquellos casos donde la pérdida de fluido y las paradas de producción se toleren. El uso de estos

sistemas como alivio de presión secundaria está muy extendido en la industria.

El uso de dispositivos que vuelven a cerrar permitirá poder seguir trabajando aun incluso cuando se hayan

activado. Por lo tanto, este tipo de dispositivos son los preferidos para aplicaciones de alivio de presión

primario en equipos donde no se puede permitir que el sistema permanezca abierto durante mucho tiempo.

Sin embargo, el riesgo de fugas, de suciedad, de obturación, de hielo, de corrosión, etc. pueden volver estos

sistemas ineficientes.

Los dispositivos que vuelven a cerrar son generalmente válvulas de seguridad, ya sea de acción mecánica

(muelle) o bien pilotadas. Los dispositivos que no vuelven a cerrar más conocidos son los discos de ruptura.

La combinación de los dos es una solución cada vez más popular, ya que ofrecen lo mejor de cada una de

ellas individualmente; un disco de ruptura delante de la válvula de seguridad (Figura 5). De esta forma el

disco de ruptura actúa de sello (tanto de presión como químico) entre el proceso y la válvula de seguridad,

reduciendo de esta forma los costes de operación (posibles fugas) y mantenimiento (corrosión, reparaciones,

etc.).

Figura 5.

Además aumenta la seguridad del sistema ya que elimina los riesgos de polimerización y obstrucción de la

válvula. El uso del disco de ruptura en combinación con una válvula debe considerarse en:


• Aquellos casos en los que la corrosión o la suciedad de los elementos internos de la válvula pueda suponer

un problema (en este caso el disco se instalaría delante de la válvula).

• Aquellos casos en los que la contrapresión aguas debajo de la válvula de seguridad puedan suponer

cambios en la presión de tarado de la válvula (en este caso el disco se instalaría detrás de la válvula).

En todos los casos donde exista la combinación de discos de ruptura con válvula de seguridad se deben

tomar medidas para evitar la acumulación de presión entre los dos elementos. Cualquier aumento de presión

en este espacio (debido a cambios de temperatura, fugas menores, etc.) podría provocar cambios

incontrolables en la presión de apertura del sistema. El uso de sencillas válvulas de exceso de flujo es la

solución.

En algunos casos, el alivio de presión no puede aplicarse debido a razones ambientales o de seguridad. En

este caso debe contemplarse el uso de Controlled Safety Pressure Relief Systems (CSPRS) o de Safety

Related Measurement, Control and Regulating Devices (SRMCR). Estos sistemas interactúan con el proceso

para evitar que ocurran situaciones que puedan derivar en alguna condición insegura. Estos sistemas tienen

que ser seleccionados muy cuidadosamente, teniendo en cuenta documentos como IEC 61508, IEC 61511 y

Ansi/Isa S84.01.

La Tabla A resume de forma general las ventajas y desventajas de cada uno de los sistemas limitadores de

presión.

La Tabla A resume de forma general las ventajas y desventajas de cada uno de los sistemas limitadores de

presión.


Si ninguno de los sistemas de seguridad disponibles puede ser seleccionado para la aplicación, el equipo

debe fabricarse para poder soportar el máximo posible de presión.

4.4.4 Consideraciones de diseño específicas

El diseño de los sistemas de seguridad y la selección del sistema de alivio de presión debe hacerse en

función de todas las condiciones de operación que pueden darse durante la vida del equipo presurizado.

Uno de los problemas que a menudo se menosprecia y que puede provocar fallos inesperados de un sistema

de seguridad es el efecto de la contrapresión en los sistemas de alivio de presión. Diferentes ensayos en

laboratorios realizados a diferentes válvulas de seguridad comerciales para comprobar su funcionamiento

bajo los efectos de la contrapresión demuestran la diferencia que puede haber entre el tarado indicado por el

fabricante y el real. Esta diferencia puede ser tan grande que resulten casos en los que el equipo presurizado

trabaje por encima de su presión de diseño. La instalación de un fuelle en la válvula puede ayudar, pero no

solucionar el problema.


El uso de discos de ruptura aguas abajo de una válvula de seguridad ofrecerá una mayor fiabilidad del

sistema por un coste bajo, evitando los efectos indeseados de la contrapresión.

La tubería de entrada a los sistemas de alivio de presión deben ser tan cortas y rectas como sea posible, y en

el caso de las válvulas de seguridad la pérdida de carga no debe exceder el 3 por ciento de la presión de

tarado de la válvula. La pérdida de carga total se calcula usando la capacidad real de la válvula, y debe tener

en cuenta cualquier efecto de la combinación con un disco de ruptura u otro componente.

Es muy importante también el diseño y configuración de las tuberías de descarga. La descarga de presión y

fluido debe hacerse dentro de unos niveles apropiados de seguridad. Se deben tomar medidas de prevención

adecuadas para evitar que el flujo conecte de forma no deseada otros equipos (por ejemplo instalaciones en

mantenimiento o fuera de servicio). Debe considerarse la instalación de accesos para inspección y/o drenaje.

Las tuberías de descarga también tienen que ser lo más cortas y rectas posibles. Finalmente, las tuberías de

descarga deben diseñarse de forma que la velocidad de descarga sea subsónica.

4.4.5 Conclusiones

Los conocimientos crecientes en factores de diseño crítico refuerzan el desarrollo de normas para el diseño

de sistemas de alivio de presión. Métodos tradicionales y probados de protección se ven reflejados ahora en

normas y estándares, asegurando así a los ingenieros de procesos y a las autoridades pertinentes que se han

seleccionado e implementado las mejores opciones. Hay que asegurarse que se selecciona el escenario más

desfavorable para evitar la existencia de falsa seguridad. La amplia selección de sistemas de alivio de

presión ofrece la posibilidad de instalar el nivel de protección necesario para trabajar de forma segura. Debe

buscarse consejo experto para el análisis de riesgo, definir el escenario de peor caso y evaluar la mejor

opción de diseño del sistema de alivio de presión.

Normas PDVSA

MDP–01–DP–01 TEMPERATURA Y PRESION DE DISEÑO

MDP-08–SA–01 Sistemas de Alivio de Presión: Principios Básicos.

MDP–08–SA–02 CONSIDERACION DE CONTINGENCIA Y DETERMINACION DE LOS FLUJOS

DE ALIVIO

MDP–08–SA–03 DISPOSITIVOS DE ALIVIO DE PRESION

MDP–08–SA–04 PROCEDIMIENTOS PARA ESPECIFICAR Y DIMENSIONAR VALVULAS DE

ALIVIO DE PRESION


MDP–08–SA–05 INSTALACION DE VALVULAS DE ALIVIO DE PRESION

MDP–08–SG–01 INTRODUCCIO

MDP–08–SA–01 PRINCIPIOS BASICOS

IR–M–01 SEPARACION ENTRE EQUIPOS E INSTALACIONES

MDP–08–SD–01 SISTEMAS DE DISPOSICION

MDP–08–SG–01 INTRODUCCION

1 Gas Processors Suppliers Association (GPSA) (1998). Engineering Data Book, Eleventh Edition —

FPS

2) Guía de Ingeniería PDVSA 90616.1.024 (1990b). "Determinación de Tamaño de Línea de Proceso"

3) Guía de Ingeniería PDVSA 90616.1.021 (1990c). "Sistemas de Mechurrios", Revisión 0.


operaciones unitarias iii · web viewnormas pdvsa mdp–01–dp–01 temperatura y presion de...

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