Interpretación de Planos: Fundamentos y Simbología en Procesos Industriales, Resúmenes de Elasticidad y Resistencia de materiales

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Fundamentos para la interpretación de planos

SEMANA 4

INTERPRETACIÓN DE PLANOS

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APRENDIZAJE ESPERADO

• Distinguir las características de distintas representaciones gráficas dentro de planos.

• APRENDiZAJE ESPERADO
• INTRODUCCIÓN
• 1. INTEPRETACIÓN DE PLANOS
  • 1.1. OBJETIVOS
  • 1.2. CARACTERÍSTICAS............................................................................................................
  • 1.3. APLICACIONES
• 2. REPRESENTACIONES GRÁFICAS CARAcTERÍSTICAS
  • 2.1. ESQUEMÁTICA
  • 2.2. SÍMBOLOS Y DIAGRAMAS................................................................................................
  • 2.2.1. VÁLVULAS
  • 2.2.2. SEÑALES
  • 2.3. EQUIPOS FUNDAMENTALES
• 3. EQUIPOS: ALCANCES Y REPRESENTACIONES
  • 3.1. DEPÓSITOS
  • 3.2. TANQUES
  • 3.2.1. POR SU USO
  • 3.2.2. POR SU FORMA
  • 3.3. REACTORES
  • 3.4. TORRES
  • 3.5. INTERCAMBIADORES
  • 3.6. VENTILADORES
  • 3.7. BOMBAS
  • 3.8. COMPRESORES
  • 3.9. HORNOS IACC
  • 3.10. FILTROS
• RESUMEN DE LO APRENDIDO
• REFERENCIAS………………………………………………………………………………………………………………………………..

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INTRODUCCIÓN

Para la representación de un proceso industrial no solo se consideran líneas y trazos, es necesario que cada símbolo o imagen ayude en la preparación de este material tan valioso como explicativo. Toda la información presentada en los dibujos tiene como característica principal informar, sobre todo en un proceso industrial, donde la cantidad de elementos tanto de circulación (tuberías, bombas o compresores), así como de control (válvulas, llaves o filtros), sumados a depósitos y estanques, proponen el esquema completo a instalar o construir dentro de la planta de trabajo.

Los símbolos y diagramas en el plano, las indicaciones y medidas son todas explicaciones precisas que, para el ingeniero, el calculista y el instalador configuran una importante fuente de orientación para la actividad a realizar.

Esto no significa que todos los diseños sean iguales, porque dependen de muchos factores como espacios o dimensiones, capacidades de flujo e, incluso, energía a utilizar; pero sí tienen un factor en común y es que pueden ser entendidos y aplicados gracias a que los elementos que componen el plano están estandarizados y universalmente aplicados.

“Si no lo puedes explicar con simplicidad, es que no lo entiendes bien”.

Albert Einstein (1879-1955).

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 Pruebas técnicas y ensayos.

1.3. APLICACIONES

Son varias las áreas de aplicación para este tipo de estructuras y montajes representados en un dibujo o plano técnico, incluyendo prácticamente a casi todos los procesos industriales, ya sea por la utilidad que conlleva su funcionamiento, como por las exigencias de contar con tecnologías e instrumentos adecuados para el desarrollo de sus proyectos involucrados.

Las áreas de negocios más frecuentes son:

 El área energética, tanto de gasolinas como de gas y electricidad.  El área alimentaria en sus procesos productivos como ganadería, vitivinícolas, hortofrutícolas, desecado y concentrados, etc.  El área industrial, en especialidades como industrias químicas, petroquímicas, farmacéuticas, metalúrgicas, tejidos, metalmecánicas, etc.

Considerando dentro de todas estas áreas mencionadas diversos procesos productivos, tales como: descarga de materias primas, enfriamientos, procesos térmicos, tratamientos de residuos, separación, mezclado, fermentación, reacciones enzimáticas y químicas, envasado, etc.

REPRESENTACIONES GRÁFICAS CARACTERÍSTICAS

En un plano se pueden mostrar diversos tipos de representaciones a escala natural, ampliado o reducido de acuerdo a la situación o a las dimensiones del mismo, además de todos los equipos o parte de ellos, las líneas de flujo, los instrumentos, los equipamientos que se utilizan en una instalación industrial, según las características requeridas, etc. Este tipo de representación puede ser desarrollada en cuatro formas distintas, las cuales se presentan como:

 Esquemática.  Símbolos y diagramas.  Equipos fundamentales.  Planos P&ID.

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2.1. ESQUEMÁTICA

Se entiende por esquemático a la representación que reduce la información de manera sencilla, clara e intuitiva, donde se respeta el plano de red, pero se muestra la generalidad. Como ejemplo se presenta a continuación un plano cartográfico con detalles de calles y red de vías de transporte y, en paralelo, un esquema del mismo plano, donde se visualiza la misma información, pero simplificando la indicación de caminos y estaciones.

Fuente: https://n9.cl/4xh7o

SÍMBOLOS Y DIAGRAMAS

Esta representación es apropiada para ser utilizada cuando la información que se transmite debe hacerse por medio de íconos o símbolos normados, basándose en elementos y reglas determinadas. Además, presenta terminología específica a la actividad o función que el elemento o pieza mencionada hace referencia.

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2.1.2. SEÑALES

Otro tipo de símbolo son las señales, las que se refieren al tipo de elemento o flujo que se encarga de activar o detener dispositivos de control en el proceso, es decir, si en algún momento, por ejemplo, se necesita activar una válvula de compuerta, se le entrega una descarga por medio de una señal neumática o de aire a presión. Algunos símbolos de estas son:

Un ejemplo de lo recientemente indicado es la imagen que se presenta a continuación, que representa a un lazo de control:

Fuente: https://goo.gl/BzqcXE

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2.3. PLANOS P&I

En los diagramas de tuberías e instrumentación o ingeniería de detalle, se incluyen todos los elementos a utilizar en el sistema o proceso, presentando las condiciones de los equipos a instalar, tipos de cañerías (diámetros, material, etc.) y los sistemas de control a utilizar considerando desde sensores hasta actuadores o activadores. Otra característica de este tipo de representación es que mantiene su actualización constante durante el proyecto.

2. EQUIPOS: ALCANCES Y REPRESENTACIONES

En un proceso industrial se transforma, semielabora, elabora y convierten productos que pueden ser acabados o semiacabados del mismo proceso, y para esto es requerido un conjunto de equipos, maquinarias y controles que deben interactuar de manera armónica. Esta información está orientada específicamente para facilitar la utilización y representación de los objetos y equipos requeridos dentro del proceso P&ID, para comprender su interacción y los distintos equipos e instrumentos dentro del control en la planta.

Es importante mencionar que si bien los símbolos utilizados están regulados por medio de las normas ISA ANSI/ISA-5.1-1984 (R1992) e ISA-5.3-1983, cada empresa utiliza sus propios requisitos al momento de desarrollar el proyecto. Como recomendación, específicamente por la cantidad de datos que se podrían manejar en estos proyectos que fundamentalmente son de uso interno, se sugiere no presentar excesiva información que pueda llevar a confusión y evitar los planos muy densos en cuanto a cantidad de conexiones y elementos. De ser necesario, es preferible realizar más de una planta o detalle y facilitar así la lectura e interpretación.

3.1. DEPÓSITOS

Estos contenedores que también son conocidos como vasos o depósitos de expansión se utilizan generalmente en procesos o circuitos de calefacción o donde el elemento a fluir pueda sufrir cambios de temperatura (aumento), lo que permite contener la diferencia de volumen del fluido al producirse su expansión. Dentro de este depósito el fluido baja su temperatura y es devuelto hacia el circuito en esa condición.

Este componente del proceso es de suma importancia por cuanto es una medida de seguridad en instalaciones donde se trabaja con temperaturas altas. Una consideración importante es que debe estar conectado a la caldera o generador de temperatura de manera directa, sin ningún tipo de control como llaves de paso, por ejemplo, que produzca algún tipo de dificultad en el desplazamiento del fluido, excepto para poner la caldera en contacto con el medio exterior. Existen dos tipos de depósitos de expansión:

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 Depósito de expansión abierto: Este recipiente debe su nombre al hecho de que se instala en la parte más alta de la red fuera de la zona de calderas, en el exterior, donde como consideración especial se debe evitar el contacto del agua con el aire, debido a que el contacto con el oxígeno provoca la oxidación de las piezas de la instalación al producirse la recirculación del agua. Por esta razón se ubican sistemas de purga o purgadores en la zona más alta para permitir la salida del posible aire presente al interior del circuito. Otra consideración importante es la de evitar que el agua contenida se hiele o congele, por lo que se necesita algún tipo de dispositivo que ayude en esta medida, cubriendo o favoreciendo que el agua circule.

 Depósito de expansión cerrado: Este dispositivo está compuesto de dos zonas, separadas internamente por una membrana impermeable. La primera zona está conectada al circuito primario de calefacción por lo que está llena de agua y la segunda está llena de aire o de gas de nitrógeno. Esta distribución interna permite que ambas zonas funcionen de manera independiente y cuando se produce la expansión del fluido aumentando el volumen debido a la alta temperatura, la membrana cede comprimiendo el aire y estabilizando la presión al interior del cilindro. Una ventaja de este tipo de depósito con respecto al de expansión abierto es que se ubica generalmente dentro de la misma sala de calderas, por lo tanto, no sufre las consecuencias de la intemperie y las inclemencias climáticas. Este equipo se destaca de otras partes o instrumentos dentro de la sala por ser color rojo o anaranjado, de forma cilíndrica, y estar ubicado generalmente en la parte posterior o delantera de las calderas. A continuación, se muestra un depósito de expansión cerrado y su esquema interior, además de su símbolo para su representación en planos.

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3.2. TANQUES

3.2.1. POR SU USO

Los tanques de almacenamiento sirven únicamente como almacenaje de los fluidos enviados a presión por el circuito, mientras que el resto de los elementos son utilizados como parte dentro del proceso, para trabajar bajo presión.

3.2.2. POR SU FORMA

Existen dos formas básicas: cilíndrica o esférica. Los tanques cilíndricos permiten su ubicación ya sea de forma horizontal o vertical y, en algunos casos, pueden tener recubrimientos para aumentar o disminuir la temperatura de los fluidos según necesidad.

Los tipos más comunes de recipientes pueden ser clasificados de acuerdo a su geometría como (Dirid.com, s. f.):

 Recipientes abiertos: Tanques abiertos. Son comúnmente requeridos como tanques igualadores o de oscilación, son como tinas para dosificar operaciones, donde los materiales pueden ser decantados: desecadores, reactores químicos, depósitos, etc. Este tipo de tanque entrega más que el tanque cerrado de una misma capacidad y construcción como utilidad. La decisión de si un tanque es abierto o cerrado dependerá del fluido a ser controlado y de la operación. Estos elementos son fabricados de acero, cartón, concreto, etc.; sin embargo, en los procesos industriales son construidos generalmente de acero por su bajo costo inicial y fácil fabricación.  Recipientes cerrados: Son tanques cilíndricos verticales de fondo plano, depósitos cilíndricos horizontales y verticales con cabezas formadas y recipientes esféricos. Su uso está consignado para fluidos combustibles o tóxicos, o gases finos derivados de los productos químicos utilizados para la fabricación de detergentes, adhesivos, productos farmacéuticos, etc.; los cuales por seguridad deben ser almacenados en recipientes

Clasificación tanques

Por su uso

Almacenamiento

Recipiente

Por su forma

Abiertos

Cerrados

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herméticos. También se utilizan para sustancias químicas peligrosas tales como ácidos o soda cáustica.

o Tanques cilíndricos de fondo plano : El diseño de este tanque es vertical, trabaja con la presión atmosférica. Posee techo cónico y un fondo liso, que descansa directamente en una base compuesta de arena, gravilla o piedra triturada. En los casos donde se desea usar una alimentación por gravedad, el tanque es elevado sobre el espacio de trabajo y el fondo plano es sostenido por columnas y vigas de acero. o Recipientes cilíndricos horizontales y verticales con cabezas formadas : Son utilizados cuando la presión de vapor del líquido manejado puede necesitar de un diseño más resistente. Una gran variedad de cabezas formadas son usadas para cerrar los extremos de los recipientes cilíndricos. Solo para propósitos especiales se usan cabezas planas para cerrar un recipiente abierto. Sin embargo, las cabezas planas son raramente usadas en recipientes grandes.

Fuente: https://goo.gl/55euZv

o Recipientes esféricos : Su uso fundamentalmente está relacionado con el almacenamiento de grandes volúmenes de líquido bajo alta presión. Las capacidades y presiones utilizadas varían ostensiblemente. Para los recipientes mayores el rango de capacidad es de 1.000 hasta 25.000 psi (70,31 a 1757, kg/cm²) y de 10 hasta 200 psi (0,7031 a 14,06 kg/cm²) para los recipientes menores. Su símbolo de identificación en plano es el siguiente:

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También existen los biorreactores que consisten en un sistema o recipiente que mantiene un ambiente biológicamente activo, por ejemplo, para hacer crecer células o tejidos en operaciones de cultivo. En términos generales, un biorreactor busca mantener ciertas condiciones ambientales propicias (pH, temperatura, concentración de oxígeno, etcétera) al elemento que se cultiva.

Fuente: http://lavallab.com/es/products/fermentadores-y-bioreactores/fermentadores-bioreactores-industriales/

Es extensa la lista de tipos de reactores, ya que cada uno depende del uso para lo cual pueden ser requeridos. Dentro de la industria, los más frecuentes son (Área Ciencias.com, s. f.):

 Reactor discontinuo : Es aquel en donde no entra ni sale material durante la reacción. Al inicio del proceso se introducen los materiales o sustancias, los que se llevan a las condiciones de presión y temperatura requeridas para dejar reaccionar por un tiempo preestablecido, luego se descargan los productos de la reacción y los reactantes no convertidos. También es conocido como reactor Batch.

Fuente: https://goo.gl/ObwJpk

 Reactor continuo : Este, mientras tiene lugar la reacción química en su interior, se alimenta constantemente de material reactante y también se retiran ininterrumpidamente los productos de la reacción, por lo que hay un trabajo permanente.

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Fuente: https://onx.la/957f

 Reactor semicontinuo : Es aquel que inicialmente se carga de material y a medida que tiene lugar la reacción, se van retirando los productos, además de incorporar más material de manera casi continua.

 Reactor tubular : En general, es cualquier reactor de operación continua con movimiento constante de uno o todos los reactivos en una dirección espacial seleccionada y en el cual no se hace ningún intento por inducir al mezclado. Tienen forma de tubos y los reactivos entran por un extremo y salen por el otro.

 Tanque con agitación continua : Este reactor consiste en un tanque donde hay un flujo continuo de material reaccionante y desde el cual sale permanentemente el material que ha reaccionado. La agitación del contenido es esencial debido a que el flujo interior debe estar en constante circulación y así producir una mezcla uniforme.

La representación de reactores en planos de instalación industrial es:

Fuente: https://goo.gl/55euZv

3.4. TORRES

Las torres son dispositivos utilizados fundamentalmente para el proceso de enfriamiento o refrigeración, gracias a que con la circulación de un líquido como el agua u otro fluido específico la temperatura muy alta que se genera en el sistema se disipa por medio de su estructura.

El uso principal de estas torres en el área industrial es en plantas como generadoras eléctricas, refinerías de petróleo, petroquímicas o de procesamiento de gas natural, entre otras.