El lenguaje común
del proceso
Los diagramas de proceso son el medio por el que ingenieros de diseño, operación, control, seguridad y mantenimiento se comunican sin ambigüedad, en cualquier idioma. Un mismo diagrama sirve como base de diseño, herramienta de análisis de riesgos (HAZOP), guía de construcción y montaje, material de entrenamiento de operadores y evidencia de cumplimiento normativo. En una planta química un error de lectura puede tener consecuencias graves: la claridad aquí es una cuestión de seguridad.
Los tipos de diagrama, por especificidad
Cada diagrama responde a una pregunta distinta. A mayor especificidad, más información y más disciplina en las convenciones. Haga clic en uno para ir a su sección.
Un mismo equipo, tres niveles de detalle
Mueva el control para ver el separador flash del caso (V-201) dibujado como bloque, como equipo del PFD y como fragmento de P&ID. Cada nivel agrega información sin contradecir al anterior.
El hilo conductor: hidrodesulfuración (HDS)
A lo largo del manual usamos un mismo caso: una unidad que retira el azufre de un corte de hidrocarburos con hidrógeno y lava con amina (MDEA) el gas ácido que se forma. Lo dibujamos con nivel de detalle creciente: BFD, PFD y fragmentos de P&ID, con los mismos códigos y los mismos números en todas las secciones.
- 3 entradas: nafta ácida, hidrógeno y MDEA pobre.
- 3 salidas: nafta dulce, H₂ tratado y MDEA rica.
- 9 equipos en el área 200 (E, C, R, V, T).
- 15 corrientes de proceso numeradas.
- Balance de masa que cierra al 0,0 %.
Diagrama de bloques
El BFD (en algunas fuentes, PBD) es la vista más abstracta del proceso: cada subproceso es un bloque rectangular y solo aparecen las corrientes principales con sus flujos globales. Responde ¿qué se hace?, no ¿cómo?: un BFD bien hecho comunica la esencia del proceso en unos 30 segundos.
Verifique el balance
Con solo las entradas y salidas del sistema debe cerrar el balance. Si no cierra en el BFD, ningún diagrama posterior lo va a arreglar. Cambie la base y observe qué se conserva.
Reglas del BFD
Convenciones
- Cada subproceso (no cada equipo) es un bloque rectangular, proporcionado (≈ 1,5 : 1) y con el nombre de la operación: «Separación», no «Separador».
- El flujo principal va de izquierda a derecha; materias primas a la izquierda, productos a la derecha.
- Los gases salen por la cima de los bloques; líquidos y sólidos por los fondos.
- Toda corriente es una flecha con dirección de flujo inequívoca y grosor consistente.
- Se reportan los flujos de las corrientes principales, preferiblemente en masa (kg/h).
- Se incluye la reacción principal y, si es importante, su calor de reacción.
- Debe permitir verificar el balance general: solo entradas y salidas del sistema.
Cruce de líneas
Cuando dos líneas se cruzan sin conectarse, la horizontal es continua y la vertical se corta. Si sí se conectan, la unión se marca con un punto relleno. La regla vale para todos los diagramas del curso.
Cinco pasos para construirlo
Identificar transformaciones
Las transformaciones principales de la materia prima. En la HDS: nafta con azufre → reacción con hidrógeno → separación del gas → nafta dulce.
Agrupar operaciones
Molienda y extracción pueden formar «Preparación». Un bloque agrupa lo que cumple una misma función.
Ordenar
De izquierda a derecha según el flujo natural, minimizando cruces de líneas.
Servicios críticos
Solo si son necesarios para entender el proceso, por ejemplo el tratamiento de efluentes.
Verificar
Cada bloque tiene entrada y salida, el balance cierra y el diagrama cuenta una historia completa.
Equipos y nomenclatura
En el PFD cada equipo se representa con un ícono normalizado y se identifica con un código único. El ícono dice qué es; el código dice cuál es y dónde está.
El código XX-YZZ A/B
| Letra | Clase de equipo (Turton) | Ejemplo |
|---|
Escriba un código de equipo o de instrumento ISA-5.1. Reconoce modificadores como D (diferencial), F (razón), Q (totalizador) y S (seguridad).
Iconografía esencial del PFD
Los íconos que más va a dibujar. La biblioteca completa, con válvulas, instrumentos, equipos de sólidos y tipos de línea, está en la sección Biblioteca de símbolos.
Corrientes y servicios
En el PFD se dibujan todas las corrientes, de proceso y de servicio, pero solo se numeran las de proceso. Las de servicio se identifican con el código del servicio.
Numeración de corrientes
- El número va dentro de un rombo sobre la línea (Turton). Algunas empresas usan círculos u óvalos: declárelo en la leyenda.
- Se numera en el sentido del flujo, empezando por las alimentaciones y avanzando de izquierda a derecha; en una misma vertical, de abajo hacia arriba.
- Cada tramo entre dos equipos es una corriente nueva. Al pasar por un intercambiador, compresor o reactor cambian T, P, fase o composición, y por eso cambia el número: 4 → E-201 → 5 → E-202 → 6.
- Una división o una mezcla también genera corrientes nuevas.
- La corriente que atraviesa un compresor entra y sale por la carcasa: no se dibuja por el eje.
- Las corrientes que vienen de otro plano se referencian con un conector: NAFTA PESADA (DE PFD-100).
Pase el cursor por las corrientes: cada tramo tiene su propio número porque sus condiciones son distintas. Los datos son los del caso.
Entradas, salidas y conectores
Entrada al diagrama
Círculo medio relleno. El semicírculo negro apunta hacia afuera del diagrama: en una entrada a la izquierda, el negro queda a la izquierda.
Salida del diagrama
El mismo marcador con el negro hacia la derecha. El nombre y el destino de la corriente van junto al marcador.
Conector a otro plano
Flecha pentagonal con el número del plano de origen o destino. Las corrientes de purga y desecho pueden marcarse con un símbolo de desagüe declarado en la leyenda.
Convenciones de servicios industriales
Los servicios se nombran con códigos estándar y también se nombran sus retornos: un intercambiador con entrada CW muestra su salida CWA. El curso usa mayúsculas; Turton usa minúsculas (cw, hps). Las condiciones típicas son las de Turton y sirven para elegir el servicio correcto.
| Código | Servicio | Condiciones típicas | Retorno |
|---|
Lazos de control
El PFD debe indicar todos los lazos de control básicos y los alivios. Un lazo tiene tres partes: la variable controlada (lo que se mide), el controlador (lo que decide) y la variable manipulada (lo que se mueve, casi siempre un flujo a través de una válvula de control).
Dirección de los servicios
Calentamiento: de arriba hacia abajo
El vapor (HPS) entra por la cima y el condensado (ES) sale por el fondo. Por quéel condensado drena por gravedad; si se acumula, inunda el área de transferencia.
Enfriamiento: de abajo hacia arriba
El agua (CW) entra por el fondo y retorna (CWA) por la cima. Por quéasí el equipo permanece lleno y el aire se purga por arriba. Con estas dos convenciones la válvula de control queda siempre arriba.
Lazos por tipo de equipo
Seleccione un equipo para ver qué variables se controlan, dónde va cada instrumento y qué válvula manipula. Haga clic en una regla para resaltarla en el dibujo.
Válvulas de alivio
Se colocan en todo equipo cerrado o con riesgo de presurizarse: separadores, columnas, recipientes, reactores, tanques, compresores y turbinas. Descargan a un colector cerrado (FLARE) o a un lugar seguro.
Se anota junto a la válvula: @ set 49,2 barg. Use presión manométrica: en Bogotá (≈ 0,75 bar atmosférica) la diferencia entre barg y bara no es despreciable.
Tablas del PFD
Un PFD no está completo sin sus dos tablas: la tabla de equipos, en la parte superior del plano, y la tabla de corrientes (flow summary), en la inferior. El dibujo y las tablas deben decir lo mismo: la corriente 5 no puede tener un flujo en el diagrama y otro en la tabla.
Tabla de equipos: parte superior
Cada equipo con su código y una descripción corta de su función, en el orden en que aparece. Pase el cursor por una fila para ubicar el equipo.
| Código | Descripción | Servicio |
|---|
Tabla de corrientes: parte inferior
Una columna por corriente numerada y tres grupos de filas: condiciones (T, P, fracción de vapor), flujos totales y composición (flujo por componente). Haga clic en el encabezado de una corriente para verla en el PFD explorable.
Corrientes 1 a 6: extracto de la simulación del caso (datos originales; las presiones se convirtieron de psia). Las filas marcadas calc no estaban en el extracto y se obtienen de los mismos datos: la MDEA por diferencia y el PM medio como flujo másico / flujo molar.
Validación rápida de una tabla
Suma de componentes
La suma de los flujos por componente debe dar el flujo molar total. Corriente 1: 7,6 + 8,7 + 203,0 + 657,2 = 876,5 ≈ 876,6 kmol/h (redondeo).
Peso molecular medio
ṁ / ṅ debe ser físicamente razonable. Corriente 2: 2110 / 1046,5 = 2,016 kg/kmol, exactamente el PM del H₂. Corriente 1: 196 kg/kmol, propio de un corte pesado.
Mezclas y equipos
En una mezcla los flujos se suman: 4 = 1 + 2 (1923,1 kmol/h; 174 031 kg/h). A través de un intercambiador el flujo no cambia: 4 = 5 = 6.
PFD explorable
La unidad de HDS completa dibujada como PFD, consistente con la tabla de equipos y con la tabla de corrientes. Haga clic en cualquier equipo, corriente, servicio o lazo para ver qué es, qué datos lleva y qué convención sigue. Active capas para leer el plano por partes.
Tuberías e instrumentación
El P&ID es el diagrama de construcción y operación: muestra todas las tuberías con su especificación, todas las válvulas (incluidas las manuales, de bloqueo, bypass, drenaje y venteo), todos los instrumentos con su ubicación y los equipos de respaldo, siguiendo la norma ANSI/ISA-5.1.
Identificación de líneas
Formato del curso
Toda tubería se nombra con diámetro - material - número de línea.
| CS | Acero al carbono (carbon steel) |
| SS | Acero inoxidable (stainless steel), p. ej. SS304 o SS316 |
| CU | Cobre |
| PVC | Policloruro de vinilo |
Formato industrial típico
Las empresas agregan el servicio, la clase de tubería y el aislamiento. Haga clic en cada campo.
PFD frente a P&ID
| PFD | P&ID | |
|---|---|---|
| Corrientes | Todas; solo las de proceso se numeran | Todas las tuberías con su especificación de línea |
| Válvulas | Solo las de control y los alivios | Todas: bloqueo, bypass, drenaje, venteo, check |
| Instrumentos | Lazos básicos condensados (TC, LC…) | Cada instrumento con su tag y su ubicación ISA |
| Condiciones | Tabla de corrientes con T, P y flujos | No lleva tabla de flujos |
| Equipos | Ícono y código; la unidad B no se dibuja | Todos, incluidos los de respaldo (P-201 A y B), con datos de diseño |
| Uso | Diseño, balances, simulación | Construcción, operación, HAZOP, mantenimiento |
Símbolos de instrumento: ISA-5.1
La forma dice qué tipo de dispositivo es y la línea interior dice dónde está y si el operador puede verlo. Haga clic en una celda.
Letras de identificación: ISA-5.1
El tag se lee por posición: la primera letra es la variable medida, puede seguirle un modificador, y las siguientes son funciones. TIC-201 = temperatura, indicador, controlador del lazo 201. PSV-201 = presión, modificador de seguridad, válvula. PDT-110 = presión diferencial, transmisor.
| Letra | Primera letra (variable) | Modificador |
|---|
| Letra | Letras siguientes (función) |
|---|
Líneas de señal y de proceso
Un lazo completo en P&ID
En el P&ID el lazo del PFD se descompone en sus instrumentos reales, todos con el mismo número de lazo. Recorra la señal paso a paso.
P&ID explorable
El separador V-201 del caso, ahora como P&ID. Compare con su versión de PFD: los mismos lazos (PC y LC) se convierten en transmisores, controladores en DCS, alarmas y válvulas con sus estaciones de bloqueo y bypass. Haga clic en cualquier elemento.
Layout e isométricos
Cuando el proceso ya está definido, los diagramas dejan de ser esquemáticos y pasan a ser geométricos: representan posiciones y distancias reales. Explore la unidad en 3D y vea que el plano de planta, la elevación y el isométrico son proyecciones ortográficas del mismo modelo, tomadas desde direcciones distintas.
Los tres planos geométricos
Distribución en planta
Vista desde arriba a escala: ubicación de cada equipo, vías de acceso, rack de tuberías, sala de control y distancias de seguridad. De aquí salen las longitudes reales de tubería para costos.
Elevación
Vista lateral: alturas de equipos y boquillas, niveles de plataformas y del rack. Es clave para la succión de bombas (NPSH) y el drenaje por gravedad.
Isométrico de tubería
Cada tramo (spool) en proyección isométrica: codos, tes, bridas, válvulas, soportes y cotas. Es el plano con el que el taller fabrica la tubería. Un P&ID genera decenas de isométricos.
La geometría del isométrico
En la proyección isométrica los tres ejes del espacio forman 120° entre sí en el papel, y los dos ejes horizontales se dibujan a 30° de la horizontal. Se obtiene mirando el modelo desde una dirección que forma el mismo ángulo con los tres ejes: acimut de 45° y elevación de 35,26° = arctan(1/√2).
Las cotas se escriben con su longitud real, aunque en la proyección cada eje se acorte al 81,6 % (√(2/3)). El vertical se dibuja vertical; el norte del plano se indica con una flecha.
En el curso
Para Proyecto de Operaciones Unitarias el entregable llega hasta el PFD. El P&ID, el layout y los isométricos aparecen en el diseño de detalle y la ingeniería de construcción: conviene reconocerlos y saber leerlos, aunque no se produzcan en el semestre.
Biblioteca de símbolos
Los símbolos del curso, con su uso en PFD y P&ID. Busque por nombre o función y haga clic para ver el símbolo ampliado.
Antes de entregar su PFD
Lista de chequeo para el PFD de su proyecto. Marque cada punto al verificarlo en su plano; el avance se guarda en este navegador.
Póngase a prueba
Quince preguntas sobre convenciones de BFD, PFD y P&ID. Cada respuesta se califica al elegirla y trae su explicación.
Referencias: R. Turton et al., Analysis, Synthesis, and Design of Chemical Processes, cap. 1 (convenciones de BFD, PFD y P&ID, tablas 1.1 a 1.4). ANSI/ISA-5.1-2009, Instrumentation Symbols and Identification. Proyecto de Operaciones Unitarias · Universidad de los Andes.