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Cómo optimizar el diseño de plantas industriales – Del concepto a la Implantación

06 noviembre 2015

En España se está sintiendo la presión de la competencia internacional en el campo de la ingeniería de planta con una demanda de tiempos de desarrollo más cortos y proyectos menos costosos. Un enfoque coherente y eficaz para el diseño de plantas industriales puede ayudar a ahorrar tiempo y dinero de manera significativa. El desafío del flujo de trabajo en la ingeniería de  diseño de plantas industriales de proceso sigue siendo que un alto número de personas y departamentos se encuentren implicados al pasar diferentes formatos de datos y medios de comunicación, a veces dando como resultado que se dupliquen los esfuerzos, existan inconsistencia en los datos y sistemas dispares que causan pérdida de tiempo y aumentan los costes. Los datos de diseños integrados y coherentes pueden representar un factor decisivo para el éxito competitivo. Los programas de 3D-CAD junto con el despliegue de interfaces estandarizadas y la gestión centralizada de datos ya están logrando que el progreso continuo de trabajo para las etapas individuales de planificación de proceso sea posible hoy en día. El siguiente paso hacia una mayor eficiencia es la buena mezcla de planificación de procesos y tecnología de control a través de un enfoque de planificación integrada.

Antes de que una planta de proceso pueda ser operada, se requiere de una serie de etapas de planificación individual e independientes, en las que se involucran las más variadas disciplinas especializadas (llamadas oficios). Estos van desde tecnología de procesos, pasando por la ingeniería mecánica, medición electrónica, tecnología de control hasta el software de programación. El desafío es cómo integrar a todas las áreas implicadas en el proyecto en general.

Cada una de las disciplinas ha recurrido a métodos y herramientas específicas; el elemento que las combina es el uso de aplicaciones informáticas para apoyar la planificación. La Ingeniería Asistida por Ordenador (CAE, por sus siglas en inglés) es un componente importante en el manejo de las tareas respectivas.

El proceso de ingeniería para el diseño de plantas industriales depende ampliamente de la división del trabajo, es decir, la planificación de las instalaciones industriales automatizadas es una estructura muy complicada que quienes manejan las etapas individuales solo pueden estudiarlas en su totalidad con dificultad. Las dependencias mutuas son de hecho conocidas, pero a menudo no se ven como un problema.

Con respecto a los tres factores más importantes en un proyecto de ingeniería de diseño de plantas industriales: calidad, costos y cumplimiento con las fechas de entrega, es imperativo que se eviten las múltiples entradas de datos, diferentes niveles de información y la falta de transparencia en la documentación.

Tres principios básicos para optimizar los proyectos de ingeniería de diseño de planta industriales.

– Ingeniería Asistida por Ordenador (CAE)

El oficio más importante que interviene en la ingeniería de diseño de plantas industriales (planificación de procesos, planificación de la planta y la planificación del control de procesos) cuenta con el software CAE. Sobre la base de la ingeniería asistida por ordenador, todos intentan, durante la fase de planificación, retratar la correcta construcción de la planta con la ayuda de modelos diseñados mucho antes de que se construyan. En el campo de la ingeniería, las herramientas ofrecen asistencia con respecto a la organización, gestión de proyectos y departamentos de compras. Las piezas de información transmitidas por los diferentes participantes en el proyecto no son independientes entre sí, sin embargo, el almacenamiento redundante de datos en las herramientas individuales se ha reconocido como un problema.

– Flujo de proceso

La descripción del proceso es el comienzo de la planificación en el diseño de plantas industriales. Los sistemas de ingeniería de las operaciones individuales son suministrados con información básica sobre la base de estas descripciones verbales. Los técnicos de procedimiento y de tuberías, así como los especialistas en automatización comienzan su trabajo sobre la base de esta información. Las instrucciones de fabricación, diseños de los equipos, cantidad y tamaño de los caudales se establecen. En cada etapa del proceso, se asignarán los equipos y se definirán los requisitos. Posteriormente, se seleccionarán los componentes funcionales apropiados para el sistema de automatización.

– Ciclo de vida

El proceso de planificación general descrito es una fase muy importante en el ciclo de vida global del diseño de plantas industriales. Durante esta fase se desarrollan las bases técnicas, organizativas y económicas para la planta.

Una vista más detallada del ciclo de vida abstracto de las plantas de procesos ofrece una mejor comprensión sobre la fase de planificación e instalación. Las demandas en el campo de la ingeniería de planta son demasiado diferentes y las empresas siguen sus respectivos flujos de trabajo individuales. La capacidad de modelar el ciclo de vida de una planta y del producto hará que se simplifique la identificación del número de pasos del proceso secuencial y los puntos de transición correspondientes que se requieren.

Fases para el diseño de plantas industriales son:

  • La fase de planificación
  • Diseño e Ingeniería de la Parte Inicial (FEED)
  • Ingeniería básica
  • Ingeniería de detalle

La fase de planificación para el diseño de plantas industriales

Las subdivisiones dentro de la fase de planificación del modelo de ciclo de vida reflejan el hecho de que un número de operaciones se encuentran involucradas en el proceso de planificación global. Los planificadores de planta para el Diseño e Ingeniería de la Parte Inicial (FEED) a menudo trabajan para empresas completamente diferentes en comparación a los que son responsables de la Ingeniería del Detalle o la planificación de compra y construcción. Las tareas a realizar en cada fase del proyecto requieren del conocimiento experto de los especialistas.

Diseño e Ingeniería de la Parte Inicial (FEED)

Aquí, se lleva a cabo un plan aproximado decisivo para las tareas que vienen a continuación en el proceso de diseño de plantas industriales. El proceso de producción ha sido diseñado y simulado. Las especificaciones del proceso y los diagramas de flujo de procedimiento se compilan con el fin de describir la planta.

Ingeniería básica para el diseño de plantas industriales

Los resultados del FEED son refinados, se elabora la licitación para la planta ​​y se reúnen los documentos para el proceso de aprobación. Los ingenieros de planificación deciden sobre el despliegue de equipos, máquinas y componentes prefabricados, conocidos como “Unidades de paquete”. Los ingenieros y técnicos especializados y de procesos desarrollan los diagramas de flujo de las tuberías y la instrumentación. Ellos forman la base esquemática de la planta: aparatos, motores, bombas son representados de manera simbólica y se unen. Los puntos de medición se indican para la tecnología de regulación y medición y para la base del concepto de la tecnología de control, y se desarrollan junto con los principios de medición. Además, se identifican los que consumen electricidad y se conciben los diagramas de los circuitos.

Ingeniería de detalle para el diseño de plantas industriales

Antes de que la planta pueda ser construida, se requiere una especificación exacta. Esta es la fase en la que se ordenan los equipos, máquinas y otras piezas de los equipos. Un diagrama 2D o 3D muestra la ubicación de estas partes de la planta en un “entorno virtual”. En la fase de Ingeniería de detalle, se reúnen los planes funcionales, la planificación de campo y la documentación de las aplicaciones de baja tensión y la automatización (sobre la base de planes integrales como el circuito, cableado y planos sobre la disposición de los cuadros, etc.).

En esta fase, la planificación de la planta (hasta este punto neutral con respecto al sistema objetivo) se une a un sistema en particular, es decir, se toma una decisión a favor de una tecnología específica de tipo y fabricante del sistema de control del sistema, por lo general, un Sistema de Control Distribuido (SCD).

Resumen para el diseño de plantas industriales

El potencial de optimización en la planificación de planta está lejos de ser exhaustivo. No hay más nada que pueda cambiar respecto a la naturaleza multidisciplinaria de la ingeniería, pero para las herramientas es una historia muy diferente. Con el propósito de reducir los tiempos de los proyectos, ofrecer apoyo a tareas específicas y garantizar una documentación consistente, las herramientas de planificación deben optimizarse aún más en el futuro. Los enfoques integradores que utilizan suites de planificación en las plataformas de datos consistentes serán más eficaces cuando los fabricantes DCS puedan colocar sus herramientas directamente en ellos. Una cooperación más estrecha entre los proveedores de software de planificación y los fabricantes de tecnología de control representará una contribución más decisiva en el futuro para desarrollar planes integrados más allá de las limitaciones comerciales. Las principales empresas de automatización e infraestructura, están ayudando dentro de este enfoque integrado y ya han hecho grandes avances rompiendo las barreras de datos que existen entre las distintas disciplinas de la ingeniería. A medida que continúa este desarrollo, los fabricantes de procesos que buscan reducir su tiempo de comercialización están abriendo sus ojos hacia mejores eficiencias sin explotar y hacia la reducción de costes que puede ofrecer la ingeniería de plantas modernas.

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