Presentación U1. DPA

Víctor Manuel Sánchez Núñez

Diseño de procesos AgroindustrialesIngeniería Agroindustrial

¡Vamos!

¿Qué estudia el DPA?

Estudia la planificación, desarrollo y optimización de sistemas y equipos utilizados en la industria química para transformar materias primas en productos finales de manera eficiente, segura y sostenible. Involucra el análisis de reacciones químicas, el diseño de equipos y la evaluación de aspectos económicos y ambientales en los procesos agroindustriales.

UNIDAD 1. ANÁLISIS ECONÓMICO DE PROCESO

¡Vamos!

Para establecer una actividad económica se requiere de una inversión. A cambio de esa inversión se obtienen ingresos en forma de ventas, las cuales deben ofrecer un excedente adecuado sobre los costos que implica la operación del proceso para que este tenga un potencial favorable de comercialización. La inversión rerquerida puede descomponerse en inversión fija y un capital de trabajo o circulante:

1.1. Componentes de la economía de un proceso

Inversión fija

La inversión fija se refiere a los costos asociados a los bienes duraderos que son necesarios para poner en marcha un proceso químico. Estos son gastos iniciales que no se recuperan en el corto plazo y tienen una vida útil prolongada. Incluye:Terrenos: El costo de adquirir el terreno donde se ubicará la planta.Edificios y estructuras: Construcción de la planta, oficinas, almacenes, etc.Equipos: Reactores, bombas, columnas de destilación, sistemas de control, entre otros.Instalaciones: Sistemas de agua, electricidad, gas, alcantarillado, etc.Costos de ingeniería y diseño: Gastos asociados con la planificación y diseño del proceso.Permisos y licencias: Gastos regulatorios necesarios para operar la planta.

Inversión fija

A su vez la inversión fija se divide en dos partidas: componentes principales del proceso e inversión en equipo auxiliar.

Componentes Principales del Proceso: Son aquellos equipos directamente involucrados en las transformaciones químicas y físicas que se llevan a cabo en la planta para producir el producto final. Estos componentes forman el corazón del proceso productivo. Incluyen: Reactores químicos: Donde ocurren las reacciones químicas fundamentales del proceso. Columnas de destilación o absorción: Para la separación de mezclas. Intercambiadores de calor: Para controlar la temperatura de las corrientes de proceso. Bombas y compresores: Para mover fluidos dentro del sistema. Filtros y centrifugadoras: Utilizados en la separación de sólidos y líquidos.

Inversión en Equipo AuxiliarSe refiere a todos aquellos equipos y sistemas que no participan directamente en el proceso químico, pero que son indispensables para el buen funcionamiento de la planta. Estos equipos aseguran el suministro de servicios necesarios, la seguridad y el control adecuado de las operaciones. Incluyen:Sistemas de energía y suministro eléctrico: Generadores, transformadores, y conexiones eléctricas para alimentar la planta.Sistemas de tratamiento de agua y aire: Calentadores, torres de enfriamiento, depuradoras de gases.Sistemas de control y monitoreo: Instrumentación y controles automáticos para regular y supervisar las variables del proceso.Sistemas de seguridad: Equipos de protección, sistemas contra incendios, alarmas, y ventilación de emergencia.Almacenes y transporte interno: Para almacenamiento de materias primas y productos, además de la maquinaria para su manejo (montacargas, etc.).Instalaciones de oficinas y servicios administrativos: Oficinas para la gestión, servicios sanitarios, y otros edificios auxiliares..

El capital de trabajo o capital circulante son los fondos necesarios para cubrir los costos operativos del día a día, y asegura que la planta pueda funcionar sin interrupciones. A diferencia de la inversión fija, este capital se gasta y recupera en un ciclo corto (normalmente en menos de un año). Incluye:Materia prima: El costo de los insumos necesarios para producir.Inventarios: Productos intermedios y finales que se deben mantener.Mano de obra: Sueldos y salarios del personal.Costos de operación: Energía, agua, mantenimiento, servicios.Gastos administrativos: Incluyen todo lo relacionado con la gestión y funcionamiento diario.Cuentas por cobrar y pagar: Fondos necesarios para cubrir diferencias de tiempo entre la venta de productos y el pago a proveedores.

Capital de trabajo

Una planta para la destilación de benceno a partir de una mezcla de benceno-tolueno requiere una inversión de $2.5 millones. Otros datos relevantes se muestran a continuación:Capacidad de la planta: 30,000 m³/añoConsumos por metro cúbico de benceno destilado:Mezcla de benceno-tolueno: 1.5 m³ a $120/m³Electricidad: 300 kWh a $0.03/kWhAgua de enfriamiento: 60 m³ a $0.015/m³Agua de alimentación para hervidores: 5 m³ a $0.28/m³Cabezas y colas producidas: 2 toneladas a $7.20/toneladaSi el precio de venta del benceno destilado es de 250 $/m³, estima la tasa de retorno del proyecto.

EJERCICIO

Para pasar la información de la inversión de un proceso de un año base a un año deseado, simplemente se toma como cociente de los índices de los años en cuestión.

EL VALOR DEL DINERO EN EL TIEMPO

Existen varios índices que se publican de forma periódica, los siguientes son los más usados:1) La revista Chemical Engineering para costos de plantas químicas.2) Indice de costo de equipos instalados Marshall y Stevens.3) Indice de costos de construcción de refinerias Nelson.

Datos hoistóricos de inversiones de diferentes tecnologías muestran que el ajuste de la inversión por efecto de la capacidad de proceso sigue una regla exponencial:donde m es un exponen característico de cada tecnología. En caso de no estar disponible, se usa tipicamente m=0.6. El hecho de que m sea menor que 1 implica que una plkanta de mayor capacidad se traduzca en una menor inversión unitaria.

Ajustes de inversiones debido a la capacidad y economias de escala

Ya que el costo de producción de un proceso depende del nivel d eproducción con respecto a la capacidad total de la planta

Para aprovechar de mejor manera la inversión total hecha en el proceso, conviene operarlo a capacidad máxima, en caso de que esto sea posible, lo cual depende de la demanda sobre el producto.

EJERCICIO

UNIDAD 2. TÉCNICAS DE ESCALAMIENTO DE PROCESOS AGROINDUSTRIALES

¡Vamos!

Escalamiento

Escalado es el proceso mediante el cual se logra la exitosa puesta en marcha y la operación económica de una unidad a escala comercial basándose, al menos en parte, en resultados de investigaciones realizada a una escala más pequeña.

Escalamiento

El proceso de Investigación y Desarrollo puede considerarse dividido en 5 etapas, niveles o escalas:• Laboratorio • Banco • Piloto • Semi-industrial • Industrial

Escalamiento

Para que el concepto de escalado sea aplicado, es imprescindible que el diseño se realice sobre la base de investigaciones que se tengan que realizar con ese fin específico, a una escala inferior a la industrial, pero no se requiere que se transite por todas las etapas convencionales en que se dividen los procesos de I+ D.