diseño de una planta farmoquímica para la producción de albúmina sérica humana recombinante...
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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE BIOTECNOLOGÍA
Junio de 2010
DISEÑO DE
PLANTAS DISEÑO DE UNA PLANTA FARMOQUÍMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE ALBÚMINA SÉRICA HUMANA RECOMBINANTE (RHSA)
PROFESORES M. en C. Carlos Orozco A. Ing. Saúl Hernández I.
AUTORES Cerón M., Adrián Legaria G., I. Monserrat Frasco G., Iván Nakauma G., J. Alberto González G., R. Axayacatl Pascual G., Wilfrido Guzmán G., Michel S. Tapia H., V. Antonio Hernández C., Okairi R. Velasco A., Rafael E.
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | II
ÍNDICE GENERAL
1 INTRODUCCIÓN GENERAL .................................................................................................. 1
1.1 OBTENCIÓN DE ALBÚMINA SERICA HUMANA................................................................................. 2
2 OBJETIVO .......................................................................................................................... 4
2.1 GENERAL ....................................................................................................................................... 4
2.2 ESPECIFICOS .................................................................................................................................. 4
3 TAMAÑO DE PLANTA Y LOCALIZACION............................................................................... 4
3.1 DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD INSTALADA ............................................................................ 4
3.2 LOCALIZACIÓN CON BASE A LA UBICACIÓN Y CARACTERÍSTICAS DE LOS MERCADOS DE CONSUMO Y
ABASTECIMIENTO ...................................................................................................................................... 4
4 INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO ....................................................................................... 8
4.1 BASES DE DISEÑO........................................................................................................................... 8
4.1.1 GENERALIDADES........................................................................................................................ 8 4.1.1.1 TIPO DE PLANTA ....................................................................................................................................... 8 4.1.1.2 PRODUCTO ................................................................................................................................................ 8 4.1.1.3 APLICACIÓN DEL PRODUCTO ................................................................................................................... 9
4.1.2 CAPACIDAD INSTALADA, RENDIMIENTO Y FLEXIBILIDAD .......................................................... 10 4.1.2.1 CAPACIDAD INSTALDA ............................................................................................................................ 10 4.1.2.2 RENDIMIENTO ......................................................................................................................................... 10 4.1.2.3 FLEXIBILIDAD ........................................................................................................................................... 10
4.1.2.3.1 ¿Se requiere prever aumentos de capacidad en futuras ampliaciones? ...................................... 11 4.1.2.3.2 Requerimientos especiales de operación ....................................................................................... 11
4.1.3 ESPECIFICACIONES DE LAS ALIMENTACIONES .......................................................................... 11
4.1.4 ESPECIFICACIONES DE LOS PRODUCTOS .................................................................................. 12
4.1.5 CONDICIONES DE ALIMENTACION EN LÍMITE DE BATERÍA ....................................................... 12
4.1.6 CONDICIONES DE LOS PRODUCTOS EN LÍMITE DE BATERIA ..................................................... 13
4.1.7 ELIMINACION DE DESECHOS .................................................................................................... 13
4.1.8 ALMACENAMIENTO ................................................................................................................. 16
4.1.9 ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL.......................................................................................... 17 4.1.9.1 DATOS DEL PROYECTO ........................................................................................................................... 17
4.1.9.1.1 NIVELES .............................................................................................................................................. 17 4.1.9.1.1.1 NIVEL I. DATOS GENERALES DEL PROYECTO, ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL .............. 17
4.1.9.1.1.1.1 PROYECTO ......................................................................................................................... 17 4.1.9.1.1.1.1.1 Nombre del proyecto. ............................................................................................... 17 4.1.9.1.1.1.1.2 Estudio de riesgo y su modalidad ............................................................................ 17
4.1.9.1.1.2 NIVEL II. ESTUDIO DE RIESGO AMBIENTAL. ............................................................................ 17 4.1.9.1.1.2.1 Ubicación del proyecto ..................................................................................................... 17 4.1.9.1.1.2.2 Tiempo de vida útil del proyecto ..................................................................................... 17 4.1.9.1.1.2.3 En caso de que el proyecto que se somete a evaluación se vaya a construir en varias
etapas, justificar esta situación y señalar con precisión .......................................................................... 18 4.1.9.1.2 PROMOVENTE ................................................................................................................................... 18
4.1.9.1.2.1 Nombre o razón social .............................................................................................................. 18
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | III
4.1.9.1.2.2 Registro Federal de Contribuyentes del promovente ............................................................ 18 4.1.9.1.2.3 Nombre y cargo del representante legal ................................................................................. 18 4.1.9.1.2.4 Dirección del promovente o de su representante legal para recibir notificaciones ............ 18
4.1.9.1.3 RESPONSABLE DE LA ELABORACIÓN DEL ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL ............................ 19 4.1.9.1.3.1 Nombre o Razón Social ............................................................................................................. 19 4.1.9.1.3.2 Registro Federal de Contribuyentes o CURP ........................................................................... 19 4.1.9.1.3.3 Nombre del responsable técnico del estudio. Registro Federal de Contribuyentes o CURP.
Número de Cédula Profesional ....................................................................................................................... 19 4.1.9.1.3.4 Dirección del responsable técnico del estudio. ...................................................................... 19
4.1.9.2 DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO ................................................................................................................ 20 4.1.9.2.1 INFORMACIÓN GENERAL DEL PROYECTO ....................................................................................... 20
4.1.9.2.1.1 Naturaleza del proyecto ........................................................................................................... 20 4.1.9.2.1.2 Selección del sitio ...................................................................................................................... 20 4.1.9.2.1.3 Ubicación física del proyecto y planos de localización........................................................... 20
4.1.9.2.1.3.1 Terrestre. ........................................................................................................................... 21 4.1.9.2.1.3.2 Sistema Ferroviario ........................................................................................................... 21 4.1.9.2.1.3.3 Aeropuerto. ....................................................................................................................... 21
4.1.9.2.1.4 Inversión requerida ................................................................................................................... 22 4.1.9.2.1.5 Dimensiones del proyecto ........................................................................................................ 22 4.1.9.2.1.6 Uso actual de suelo y/o cuerpos de agua en el sitio del proyecto y en sus colindancias .... 23 4.1.9.2.1.7 II.1.7 Urbanización del área y descripción de servicios requeridos ...................................... 23
4.1.9.2.2 CARACTERÍSTICAS PARTICULARES DEL PROYECTO ......................................................................... 24 4.1.9.2.2.1 Descripción de la obra o actividad y sus características ........................................................ 24 4.1.9.2.2.2 Programa general de trabajo ................................................................................................... 24 4.1.9.2.2.3 Preparación del sitio ................................................................................................................. 25 4.1.9.2.2.4 Desviación de cauces ................................................................................................................ 28 4.1.9.2.2.5 Descripción de las obras y actividades provisionales del proyecto ...................................... 29 4.1.9.2.2.6 Etapa de construcción ............................................................................................................... 29 4.1.9.2.2.7 II.2.8 Descripción de las obras asociadas al proyecto ............................................................ 29 4.1.9.2.2.8 Generación, manejo y disposición de residuos sólidos, líquidos y emisiones a la atmósfera
30 4.1.9.2.2.9 Infraestructura para el manejo y la disposición adecuada de los residuos .......................... 31
4.1.9.2.2.9.1 Tratamiento de los residuos generados por la planta. .................................................. 33 4.1.9.2.2.9.1.1 Tratamiento de biomasa .......................................................................................... 33 4.1.9.2.2.9.1.2 Tratamiento de los líquidos obtenidos durante todo el proceso de la
PRODUCCIÓN DE ALBÚMINA SÉRICA HUMANA MEDIANTE Pichia pastoris. .................................... 35 4.1.10 SERVICIOS AUXILIARES ........................................................................................................ 36
4.1.10.1 VAPOR ..................................................................................................................................................... 36 4.1.10.2 CONDENSADO ......................................................................................................................................... 36 4.1.10.3 AGUA DE ENFRIAMIENTO ....................................................................................................................... 36 4.1.10.4 AGUA PARA SERVICIOS Y PARA USOS SANITARIOS (AGUA PARA LIMPIEZA Y MANTENIMIENTO) ..... 36 4.1.10.5 AGUA POTABLE ....................................................................................................................................... 37 4.1.10.6 AGUA CONTRA INCENDIOS .................................................................................................................... 37 4.1.10.7 AGUA PARA CALDERA ............................................................................................................................. 37 4.1.10.8 AGUA PARA PROCESO ............................................................................................................................ 37 4.1.10.9 AIRE DE INSTRUMENTOS ........................................................................................................................ 38 4.1.10.10 AIRE DE PLANTA ................................................................................................................................. 38 4.1.10.11 COMBUSTIBLE .................................................................................................................................... 38
4.1.10.11.1 Gas .................................................................................................................................................. 38 4.1.10.11.2 Líquido (no se requiere) ................................................................................................................ 38
4.1.10.12 REFRIGERACIÓN ................................................................................................................................. 39
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DISEÑO DE PLANTAS | IV
4.1.10.13 INERTES (NO SE REQUIERE), (H2, N2, Ar, CH4) ................................................................................... 40 4.1.10.14 ALIMENTACIÓN DE EERGÍA ELÉCTRICA............................................................................................. 40 4.1.10.15 ALIMENTACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA DE EMERGENCIA ............................................................. 40 4.1.10.16 TELÉFONOS ........................................................................................................................................ 41 4.1.10.17 DESFOGUE .......................................................................................................................................... 41
4.1.11 SEGURIDAD E HIGIENE ........................................................................................................ 42 4.1.11.1 Requisitos de seguridad en el centro de trabajo................................................................................... 42
4.1.11.1.1 Disposiciones generales .................................................................................................................. 42 4.1.11.1.2 Techos .............................................................................................................................................. 43 4.1.11.1.3 Paredes............................................................................................................................................. 43 4.1.11.1.4 Pisos.................................................................................................................................................. 43 4.1.11.1.5 Escaleras .......................................................................................................................................... 44
4.1.11.1.5.1 Escaleras de emergencia exteriores ...................................................................................... 44 4.1.11.1.5.2 Escaleras con barandales con espacios abiertos. ................................................................. 45
4.1.11.1.6 Rampas ............................................................................................................................................ 46 4.1.11.1.7 Escalas .............................................................................................................................................. 47
4.1.11.1.7.1 Escalas fijas .............................................................................................................................. 47 4.1.11.1.7.2 Escalas móviles (escaleras portátiles). .................................................................................. 49
4.1.11.1.8 Puentes y plataformas elevadas .................................................................................................... 49 4.1.11.1.8.1 Condiciones de seguridad en el funcionamiento de los sistemas de ventilación artificial
50 4.1.11.1.8.2 Requisitos de seguridad para el tránsito de vehículos......................................................... 50
4.1.11.2 Tipo de Señales ....................................................................................................................................... 51 4.1.11.2.1 Formas Geométricas y Uso ............................................................................................................. 51
4.1.12 CIVILES Y ARQUITECTÓNICOS .............................................................................................. 53
4.1.13 ELÉCTRICOS ......................................................................................................................... 53
4.2 DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESO .............................................................................................. 53
4.3 DESCRIPCION DETALLADA DEL PROCESO...................................................................................... 55
4.3.1 ÁREA DE ALMACENAMIENTO .................................................................................................. 55
4.3.2 ÁREA DE PRODUCCIÓN ............................................................................................................ 55
4.3.3 ÁREA DE RECUPERACIÓN ......................................................................................................... 57
4.3.4 ÁREA DE PURIFICACIÓN ........................................................................................................... 59
4.4 MEMORIA DEL BALANCE DE MATERIA Y CALOR DEL PROCES0 ...................................................... 61
4.4.1 BALANCE DE MATERIA ............................................................................................................. 61 4.4.1.1 BALACE EN EL TANQUE DE MEDIO F-080 .............................................................................................. 61
4.4.1.1.1 PARA EL LOTE DE 4500 L ................................................................................................................... 61 4.4.1.1.2 PARA EL LOTE DE 2000 L ................................................................................................................... 62
4.4.1.2 BALANCE EN EL TANQUE SEMILLA M-090 ............................................................................................. 63 4.4.1.3 BALANCE EN EL TANQUE DE PRODUCCIÓN M-100 ............................................................................... 64 4.4.1.4 BALANCE EN EL INTERCAMBIADOR H-082 ............................................................................................ 64 4.4.1.5 BALANCE EN EL TANQUE F-110 .............................................................................................................. 64 4.4.1.6 BALANCE EN LAS CENTRÍFUGAS, DENOTADAS EN CONJUNTO COMO D-200 ..................................... 65 4.4.1.7 BALANCE DE MATERIA EN EL TANQUE DE BALANCE F-210 Y MÓDULO DE UF D-212......................... 66 4.4.1.8 BALANCE DE MATERIA COLUMNA DE INTERCAMBIO IÓNICO H-220 .................................................. 66 4.4.1.9 BALANCE DE MATERIA COLUMNA DE INTERCAMBIO IÓNICO H-230 .................................................. 67 4.4.1.10 BALANCE DE MATERIA COLUMNA DE INTERCAMBIO IÓNICO H-240 .................................................. 68
4.4.2 BALANCE DE CALOR ................................................................................................................. 69 4.4.2.1 CÁLCULO DE LOS CICLOS DE ESTRILIZACIÓN ......................................................................................... 69
4.4.2.1.1 PARA EL REACTOR SEMILLA M-090.................................................................................................. 69 4.4.2.1.1.1 FASE DE CALENTAMIENTO........................................................................................................ 69
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | V
4.4.2.1.1.2 FASE DE ENFRIAMIENTO ........................................................................................................... 70 4.4.2.1.2 PARA EL REACTOR DE PRODUCCIÓN M-100 ................................................................................... 71
4.4.2.1.2.1 FASE DE CALENTAMIENTO........................................................................................................ 71 4.4.2.1.2.2 FASE DE ENFRIAMIENTO ........................................................................................................... 71
4.4.2.2 CÁLCULOS PARA LOS SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO DURANTE LA FERMENTACIÓN .......................... 72 4.4.2.2.1 CÁLCULO PARA EL SISTEMA DE ENFRIAMIENTO EN EL BIORREACTOR M-100 ............................. 72 4.4.2.2.2 CÁLCULO PARA EL SISTEMA DE ENFRIAMIENTO EN EL BIORREACTOR M-090 ............................. 75
4.4.2.3 INTERCAMBIADORES DE CALOR H-082, H-083 Y H-083 ....................................................................... 78
4.5 MEMORIA DEL CÁLCULO DEL EQUIPO DE PROCESO ...................................................................... 84
4.5.1 DIMENSIONES DE LOS TANQUES Y BIORREACTORES ................................................................ 84 4.5.1.1 MEMORIA DE CÁLCULO DE LAS DIMENSIONES DE LOS BIORREACTORES ........................................... 85 4.5.1.2 MEMORIA DE CÁLCULO DE LAS DIMENSIONES DE LOS TANQUES ....................................................... 88 4.5.1.3 CÁLCULO DE LA POTENCIA MÍNIMA DE AGITACIÓN EN LOS BIORREACTORES ................................... 91
4.5.2 MEMORIA DE CÁLCULO DE LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR ............................................. 98
4.5.3 EMORIA DE CÁLCULO DE CENTRIFUGA DE DISCOS D-200....................................................... 109
4.5.4 MEMORIA DE CÁLCULO DE LOS MÓDULOS DE ULTRAFILTRACIÓN ......................................... 114 4.5.4.1 PARA EL MÓDULO DE UF D-212 ........................................................................................................... 114 4.5.4.2 PARA EL MÓDULO DE UF D-223 ........................................................................................................... 118 4.5.4.3 PARA EL MÓDULO DE UF D-233 ........................................................................................................... 123 4.5.4.4 PARA EL MÓDULO DE UF D-243 ........................................................................................................... 127
4.5.5 COLUMNAS DE CROMATOGRAFÍA ......................................................................................... 132 4.5.5.1 DIMENSIONAMIENTO DE COLUMNA DE INTERCAMBIO IÓNICO H-220 ............................................ 132 4.5.5.2 DIMENSIONAMIENTO DE COLUMNA DE INTERCAMBIO IÓNICO H-230 ............................................ 136 4.5.5.3 DIMENSIONAMIENTO DE COLUMNA DE INTERCAMBIO IÓNICO H-240 ............................................ 140
4.6 LISTA DE EQUIPOS DEL PROCESO................................................................................................ 145
4.7 DIAGRAMA DE INSTRUMENTACIÓN Y TUBERÍAS ........................................................................ 146
4.7.1 MEMORÍA DE CÁLCULO DE TUBERIAS, BOMBAS Y MOTORES ................................................ 148 4.7.1.1 CÁLCULO DE BOMBAS .......................................................................................................................... 148
4.7.1.1.1 CALCULO DE BOMBA L-090 PARA ENFRIAMIENTO DEL BIORREACTOR M-090 .......................... 148 4.7.1.1.2 CALCULO DE BOMBA L-100-A PARA ENFRIAMIENTO DEL BIORREACTOR M-100 ...................... 154 4.7.1.1.3 CALCULO DE BOMBA N-100 PARA DESCARGA DEL BIORREACTOR ............................................. 160 4.7.1.1.4 CÁLCULO DE POTENCIA DE BOMBA L-242 (MÓDULOS) ............................................................... 165 4.7.1.1.5 CÁLCULO DE POTENCIA DE BOMBA L-232 (MÓDULOS) ............................................................... 170 4.7.1.1.6 CÁLCULO DE POTENCIA DE BOMBA L-222 (MÓDULOS) ............................................................... 178 4.7.1.1.7 CÁLCULO DE POTENCIA DE BOMBA L-211 (MÓDULOS) ............................................................... 183 4.7.1.1.8 CÁLCULO DE POTENCIA DE BOMBA L-231/251/281/241/211/271 (COLUMNAS) ..................... 188 4.7.1.1.9 CÁLCULO DE BOMBA PARA LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR ................................................ 195
4.7.1.2 CALCULO DE POTENCIAS DE MOTORES TANQUES.............................................................................. 197 4.7.1.2.1 POTENCIA MOTOR N-080 PARA AGITAR TANQUE F-080 ............................................................. 197 4.7.1.2.2 POTENCIA MOTOR N-110 PARA AGITAR TANQUE F-110 ............................................................. 198 4.7.1.2.3 POTENCIA MOTOR N-210 PARA AGITAR TANQUE F-210 ............................................................. 198 4.7.1.2.4 POTENCIA MOTOR N-221 PARA AGITAR TANQUE F-221 ............................................................. 198 4.7.1.2.5 POTENCIA MOTOR N-231 PARA AGITAR TANQUE F-231 ............................................................. 199 4.7.1.2.6 POTENCIA MOTOR N-241 PARA AGITAR TANQUE F-241 ............................................................. 199
4.7.2 DESCRIPCION DE LOS SISTEMAS DE CONTROL EN EL PROCESO .............................................. 200 4.7.2.1 BIORREACTORES ................................................................................................................................... 200 4.7.2.2 TANQUE DE MEZCLADO ....................................................................................................................... 200 4.7.2.3 TANQUES DE ALMACENAMIENTO ....................................................................................................... 201 4.7.2.4 CENTRIFUGAS........................................................................................................................................ 201 4.7.2.5 INTERCAMBIADORES DE CALOR .......................................................................................................... 201
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DISEÑO DE PLANTAS | VI
4.7.2.6 MODULOS DE UF .................................................................................................................................. 202 4.8 DIAGRAMAS ISOMETRICOS DE LOS EQUIPOS DE PROCESO ......................................................... 203
4.8.1 TANQUES DE BALANCE .......................................................................................................... 203
4.8.2 FERMENTADORES .................................................................................................................. 204
4.8.3 CENTRIFUGAS ........................................................................................................................ 204
4.8.4 INTERCAMBIADORES DE CALOR............................................................................................. 205
4.8.5 MODULOS DE UF ................................................................................................................... 206
4.9 HOJAS DE ESPECIFICACIONES DE LOS EQUIPOS DEL PROCESO .................................................... 207
4.9.1 BIORREACTORES .................................................................................................................... 207
4.9.2 TANQUES .............................................................................................................................. 210
4.9.3 CENTRÍFUGAS ........................................................................................................................ 216
4.9.4 INTERCAMBIADORES DE CALOR............................................................................................. 217
4.9.5 MÓDULOS DE ULTRAFILTRACIÓN .......................................................................................... 220
4.9.6 COLUMNA DE INTERCAMBIO IÓNICO .................................................................................... 223
4.9.7 BOMBAS ................................................................................................................................ 226
4.9.8 MOTORES .............................................................................................................................. 229
4.10 HOJAS DE ESPECIFICACIÓN DE INSTRUMENTOS Y VÁLVULAS ...................................................... 238
4.10.1 CODOS .............................................................................................................................. 238
4.10.2 VÁLVULAS ......................................................................................................................... 239
4.10.3 ACTUADORES .................................................................................................................... 244
5 INGENIERÍA BÁSICA DE SERVICIOS AUXILIARES............................................................... 245
5.1 ÁREA DE SERVICIOS AUXILIARES ................................................................................................. 245
5.1.1 REQUERIMIENTOS DE SERVICIOS E INSUMOS ........................................................................ 245
5.1.2 BALANCE DE MATERIA Y ENERGÍA ......................................................................................... 245
5.1.3 MOMORIA DE CÁLCULO DE LOS EQUIPOS.............................................................................. 246 5.1.3.1 MÓDULOS DE OSMOSIS INVERSA ........................................................................................................ 246
5.1.3.1.1 CÁLCULO DE LA BOMBA PARA EL EQUIPO DE OI.......................................................................... 254 5.1.3.2 COMPRESOR ......................................................................................................................................... 259
5.1.3.2.1 CAPACIDAD DEL COMPRESOR........................................................................................................ 259 5.1.3.2.2 CÁLCULO DE LA POTENCIA DEL COMPRESOR ............................................................................... 260
5.1.3.3 CALDERA................................................................................................................................................ 263 5.1.4 TORRE DE ENFRIAMIENTO ..................................................................................................... 268
5.1.5 LISTA DE EQUIPOS DE SERVICIOS ........................................................................................... 271
5.1.6 HOJA DE ESPECIFICACIÓN DE EQUIPOS DE SERVICIOS AUXILIARES ......................................... 272 5.1.6.1 SISTEMA DE ÓSMOSIS INVERSA ........................................................................................................... 272
5.1.6.1.1 BOMBA PARA SISTEMA DE ÓSMOSIS INVERSA ............................................................................ 273 5.1.6.2 TORRE DE ENFRIAMIENTO ................................................................................................................... 274 5.1.6.3 COMPRESOR ......................................................................................................................................... 275 5.1.6.4 CALDERA................................................................................................................................................ 276
5.1.7 DIAGRAMA ISOMÉTRICO DE LOS SERVICIOS DE LA PLANTA ................................................... 277 5.1.7.1 MÓDULO DE OI ..................................................................................................................................... 277 5.1.7.2 COMPRESOR ......................................................................................................................................... 277 5.1.7.3 CALDERA................................................................................................................................................ 278 5.1.7.4 TORRE DE ENFRIAMIENTO ................................................................................................................... 280
5.2 DISTRIBUCIÓN DE LA PLANTA ..................................................................................................... 281
5.2.1 ARREGLO DE EQUIPOS EN LAS ÁREAS DE PROCESO Y DIMENSIONAMIENTO DE LAS ÁREAS ... 281
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DISEÑO DE PLANTAS | VII
5.2.2 ARREGLO DE EQUIPOS EN LAS ÁREAS DE SERVICIOS AUXILIARES Y DIMENSIONAMIENTO DE LAS
ÁREAS 285
5.2.3 LISTA DE ÁREAS EN LA PLANTA .............................................................................................. 286
5.2.4 PLANO DE DISTRIBUCIÓN DE LAS ÁREAS DE LA PLANTA ......................................................... 289
5.3 DIAGRAMA UNIFILAR DE LA PLANTA .......................................................................................... 292
5.4 PROGRAMA MAESTRO DE EJECUCIÓN DEL PROYECTO ............................................................... 293
5.4.1 DIAGRAMA DE GANTT PARA LA PROCURACIÓN, CONSTRUCCIÓN, INSTALACIÓN Y ARRANQUE
DE LA PLANTA .................................................................................................................................... 293
5.4.2 CUADRO TÉCNICO COMPARATIVO PARA LA ADIQUISICIÓN DE EQUIPOS DE PROCESO ........... 295 5.4.2.1 MÓDULOS DE ULTFILTRACIÓN ............................................................................................................. 295 5.4.2.2 COMPRESOR ......................................................................................................................................... 296 5.4.2.3 CALDERAS .............................................................................................................................................. 297 5.4.2.4 CENTRÍFUGAS........................................................................................................................................ 301
5.4.3 PROTOCOLO DE ARRANQUE Y OPERACIÓN DE LOS EQUIPOS DE PROCESO ............................ 302 5.4.3.1 BIORREACTORES ................................................................................................................................... 303 5.4.3.2 TANQUES DE BALANCE ......................................................................................................................... 311 5.4.3.3 MÓDULOS DE ULTRAFILTRACIÓN ........................................................................................................ 318 5.4.3.4 COLUMNAS DE INTERCAMBIO IÓNICO ................................................................................................ 327 5.4.3.5 INTERCAMBIADORES DE CALOR .......................................................................................................... 334 5.4.3.6 CENTRÍFUGAS........................................................................................................................................ 340
6 ESTUDIO DE PREFACTIBILIDAD ECONÓMICA .................................................................. 345
6.1 MONTO DE LA INVERSIÓN DEL BIOPROCESO .............................................................................. 345
6.1.1 COSTO DEL EQUIPO DEL PROCESO ......................................................................................... 345
6.1.2 ESTIMACIÓN DE LA INVERSIÓN FIJA POR EL MÉTODO DE FACTORES DESGLOSADOS ............. 346
6.2 COSTOS DE OPERACIÓN ............................................................................................................. 347
6.2.1 CUADRO DEL PROGRAMA DE OPERACIÓN ............................................................................. 347
6.2.2 CUADRO DE LOS COSTOS TOTALES DE OPERACIÓN ................................................................ 347 6.2.2.1 COSTO DIRECTOS .................................................................................................................................. 347 6.2.2.2 COSTO INDIRECTOS .............................................................................................................................. 351 6.2.2.3 GASTOS GENERALES: MÉTODO DE AMORTIZACIÓN DEL CRÉDITO .................................................... 352 6.2.2.4 VOLUMEN MÍNIMO ECONÓMICO DE OPERACIÓN ............................................................................. 353
6.3 RENTABILIDAD DEL PROCESO ..................................................................................................... 354
6.3.1 CUADRO DE INGRESOS POR VENTAS ..................................................................................... 354
6.3.2 CUADRO DE ESTADO DE RESULTADOS ................................................................................... 354
6.3.3 CUADRO DE CAPITAL DE TRABAJO ......................................................................................... 355
6.3.4 CUADRO DE FLUJO EFECTIVO ................................................................................................ 356
6.3.5 DETERMINACIÓN DE LA TASA INTERNA DE RETORNO Y DE LA TREMA ................................... 357
6.4 ANÁLISIS DE LA SENSIBILIDAD .................................................................................................... 360
6.4.1 CON RESPECTO AL MÉTODO DE AMORTIZACIÓN DEL CRÉDITO.............................................. 360
6.4.2 CON RESPECTO AL PORCENTAJE DE FINANCIAMIENTO DE LA INVERSIÓN FIJA ....................... 361
6.4.3 PRECIO DE LAS MATERIAS PRIMAS Y PRECIO DEL PRODUCTO ................................................ 362
6.4.4 CAPACIDAD INSTALADA ......................................................................................................... 364
6.4.5 PORCENTAJE DE OPERACIÓN ANUAL ..................................................................................... 364
7 CONCLUSIONES ............................................................................................................. 366
8 BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................... 367
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DISEÑO DE PLANTAS | VIII
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1 Representación 3D de la HSA ...............................................................................................2
Figura 2. División del territorio nacional en 3 zonas (la zona blanca y azul se considera norte) ........5
Figura 3. Especificaciones de las alimentaciones. ............................................................................11
Figura 4. Corredor Industrial Toluca Lerma, Lerma, México (Google Earth).....................................20
Figura 5. Sistema de esterilización continua. ...................................................................................78
Figura 6. Interpolación en la gráfica para obtener Dz/vd .................................................................79
Figura 7. Gráfica para calcular la longitud del brazo de sostenimiento. ...........................................80
Figura 8. Relaciones geométricas de cualquier biorreactor tipo tanque agitado. ............................86
Figura 9. Diagrama para el cálculo del número de Reynolds ............................................................99
Figura 10. Cálculo del número de Pe y el Nr ...................................................................................100
Figura 11. Centrífuga Westfalia SC-150 ..........................................................................................109
Figura 12. Esquema de bombeo para el enfriamiento del biorreactor M-090 durante la
fermentación. .................................................................................................................................150
Figura 13. Esquema de bombeo de agua de enfriamiento en el biorreactor M-090 durante la
fermentación, donde se muestra la altura que hay desde la bomba hasta donde se tiene que
bombear el agua, para calcular NPSH. ...........................................................................................152
Figura 14. Esquema del bombeo de agua para enfriamiento del biorreactor M-100 durante la
fermentación ..................................................................................................................................156
Figura 15. Esquema de bombeo de agua de enfriamiento en el biorreactor M-100 durante la
fermentación, donde se muestra la altura que existe desde la bomba hasta donde se debe
bombear el agua, para el cálculo del NPSH. ..................................................................................158
Figura 16. Esquema de decarga del biorreactor M-100 .................................................................162
Figura 17. Esquema de descarga del biorreactor M-100 donde se indica la altura desde la bomba
hasta el lugar donde se debe depositar el medio agotado.............................................................164
Figura 18. Isométricos de los tanques de mezclado F-080 (A), tanque de balance en el que se
descarga el medio agotado F-110 (B) y tanque F-210 (C). ..............................................................203
Figura 19. Isométrico de los tanque F-221 (A), F-231 (B) y F-241 (C). ............................................203
Figura 20. Isométrico de los biorreactores semilla M-090 (A) y de producción M-100 (B). ...........204
Figura 21. Isométrico de las centrífugas usadas en el proceso. ......................................................205
Figura 22. Isométrico de los intercambiadores de calor. ................................................................205
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DISEÑO DE PLANTAS | IX
Figura 23. Esquema 3D de los módulos de UF D-212, D-233 y D-243. En la figura (a) se observan las
conexiones del módulo a la bomba, manómetros, válvulas y tuberías. En la figura (b) se observan
las dimensiones del cartucho de fibras huecas. .............................................................................206
Figura 24. Esquema 3D del módulos de UF D-223. En la figura (a) se observan las conexiones del
módulo a la bomba, manómetros, válvulas y tuberías. En la figura (b) se observan las dimensiones
del cartucho. ..................................................................................................................................207
Figura 25. kg de vapor seco saturado por caballo caldera hora. ....................................................264
Figura 26. Isométrico del módulo de OI .........................................................................................277
Figura 27. Isométrico del compresor. .............................................................................................277
Figura 28. Sistema de generación de calor indicando sus componentes. ......................................278
Figura 29. Sistema de generación de calor indicando las medidas de cada componente. .............278
Figura 30. Vista superior del sistema para generar vapor y el área que ocupa. .............................279
Figura 31. Isométrico De la torre de enfriamiento .........................................................................280
Figura 32. Distribución De los equipos en la zona 000 y 100. .........................................................281
Figura 33. Distribución de equipos en la zona 200. ........................................................................282
Figura 34. Distribución de equipos en la Zona 200-A. ....................................................................282
Figura 35. Vista Isométrica de las áreas de proceso. ......................................................................283
Figura 36. Vista Fontal del las áreas de proceso .............................................................................283
Figura 37. Acercamiento de cada una de las áreas de proceso ......................................................284
Figura 38. Distribución de equipos en el área de servicios auxiliares. ............................................285
Figura 39. Áreas que conforman a la planta entera. ......................................................................289
Figura 40. Distribución de las áreas en la planta. ...........................................................................290
Figura 41. Plano de distribución de la planta. ................................................................................291
Figura 42. Diagrama unifilar de la planta. ......................................................................................292
Figura 43. Tasa Interna de Retorno por el método gráfico .............................................................358
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DISEÑO DE PLANTAS | X
ÍNDICE DE CUADROS
Tabla 1 Criterios de selección para la localización de sitios. ...............................................................5
Tabla 2 Evaluación de la localización. .................................................................................................7
Tabla 3 Evaluación de la ubicación. ....................................................................................................7
Tabla 4 Características del producto. .................................................................................................9
Tabla 5. Especificaciones del producto.............................................................................................12
Tabla 6. Condiciones de alimentación en límites de batería. ...........................................................12
Tabla 7. Condiciones del producto en límites de batería. ................................................................13
Tabla 8 Normas Oficiales Mexicanas ................................................................................................14
Tabla 9. La inversión requerida para la planta .................................................................................22
Tabla 10. Superficies requeridas para el desarrollo del proyecto.....................................................23
Tabla 11. Programa de trabajo calendarizado ..................................................................................25
Tabla 12. Disposición de residuos ....................................................................................................31
Tabla 13. Disposición de residuos peligrosos ...................................................................................32
Tabla 14. Ficha Técnica del Incinerador. ..........................................................................................34
Tabla 15. Guía de selección para señales de seguridad ....................................................................52
Tabla 16 Sistema de enfriamiento del biorreactor de operación M-100 ..........................................76
Tabla 17 Sistema de enfriamiento del biorreactor semilla M-080 ...................................................77
Tabla 18. Algunas condiciones geométricas y de operación de intercambiadores de calor de
marcos y placas. ...............................................................................................................................82
Tabla 19 Dimensiones de los biorreactores......................................................................................84
Tabla 20 Dimensiones de los tanques de almacenamiento y de preparación de medio de cultivo.85
Tabla 21 Parámetros que se consideran para los cálculos ..............................................................91
Tabla 22 Evaluación de diferentes VVM para encontrar la menor potencia consumida en el
biorreactor de operación M-100. .....................................................................................................96
Tabla 23 Evaluación de diferentes VVM para encontrar la menor potencia consumida en el
biorreactor semilla M-090 ................................................................................................................97
Tabla 24. Geometrías de intercambiadores de calor de marcos y placas. ......................................103
Tabla 25. Dimensiones de la centrifuga base (Westfalia SC-150). ..................................................109
Tabla 26. Propiedades del caldo a tratar. .......................................................................................110
Tabla 27. Dimensiones del tazón ....................................................................................................111
Tabla 28. Comportamiento del tiempo de operación dependiendo del número de centrífugas ...112
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DISEÑO DE PLANTAS | XI
Tabla 29. Condiciones de operación del módulo de UF D-212 .......................................................114
Tabla 30. Determinación del flux de filtrado, flujo de filtrado, volumen al final de la concentración,
volumen de lavado y velocidad de diafiltración a diferentes concentraciones de albúmina. ........115
Tabla 31. Concentraciones, volúmenes y flux finales en el proceso ...............................................116
Tabla 32. Parámetros para diafiltrar ..............................................................................................117
Tabla 33. Condiciones de operación del módulo de UF D-212 .......................................................118
Tabla 34. Determinación de flux de filtrado, flujo de filtrado, volumen al final de la concentración,
volumen de lavado y velocidad de diafiltración a diferentes concentraciones de albúmina. ........120
Tabla 35. Concentraciones, volúmenes y flux en el proceso de concentración..............................121
Tabla 36. El proceso de diafiltración se realizará dentro de los siguientes parámetros: ...............121
Tabla 37. Condiciones de operación del módulo de UF D-233 .......................................................123
Tabla 38. Determinación de flux de filtrado, flujo de filtrado, volumen al final de la concentración,
volumen de lavado y velocidad de diafiltración a diferentes concentraciones de albúmina. ........124
Tabla 39. Concentraciones, volúmenes y flux del proceso de concentración. ...............................126
Tabla 40. El proceso de diafiltración se realizará dentro de los siguientes parámetros: ................126
Tabla 41. Condiciones de operación del módulo de UF D-243 .......................................................127
Tabla 42. Determinación de flux de filtrado, flujo de filtrado, volumen al final de la concentración,
volumen de lavado y velocidad de diafiltración a diferentes concentraciones de albúmina. ........129
Tabla 43. Concentraciones, volúmenes y flux en la concentración. ...............................................130
Tabla 44. Cálculos realizados a diferentes tiempos de proceso para el dimensionamiento...........135
Tabla 45. Cálculos realizados a diferentes tiempos de proceso para el dimensionamiento...........139
Tabla 46. Cálculos realizados a diferentes tiempos de proceso para el dimensionamiento...........144
Tabla 47. Lista de equipos del proceso con algunas características y su precio .............................145
Tabla 48. Requerimientos e insumos de los servicios auxiliares. ...................................................245
Tabla 49. Componentes y concentraciones máximas de sales en el agua potable basados en la
NOM-127-SSA1-1994. ....................................................................................................................246
Tabla 50. Requerimientos de vapor ...............................................................................................263
Tabla 51. Condiciones de operación...............................................................................................263
Tabla 52. Agua requerida para alimentación de calderas ..............................................................265
Tabla 53. Consumos de combustible (promedio) en calderas para diversos rendimientos térmicos.
.......................................................................................................................................................266
Tabla 54. Dimensiones y requerimientos para calderas d 600 CC. .................................................267
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | XII
Tabla 55. Lista de los equipos usados para los servicios auxiliares.................................................271
Tabla 56. Áreas de la planta con los equipos que corresponden a cada una. ................................286
Tabla 57. Nomenclatura de importancia para el sistema SLP.........................................................290
Tabla 58. Cuadro comparativo de adquisiciones para los módulos de Ultrafiltración D-212, D-233 y
D-243. .............................................................................................................................................295
Tabla 59. Cuadro comparativo de adquisiciones para el módulo de Ultrafiltración D-223. ...........295
Tabla 60. Cuadro de adquisiciones del compresor. ........................................................................296
Tabla 61. Cuadro de adquisiciones para la caldera Wet-Back. .......................................................297
Tabla 62. Cuadro de adquisiciones para tanques suavizadores ocupados para la generación de
vapor. .............................................................................................................................................298
Tabla 63. Cuadro de adquisiciones para el tanque. ........................................................................299
Tabla 64. Cuadro de adquisiciones para el sistema de almacenamiento del agua para la caldera.300
Tabla 65. Cuadro de adquisición para centrífugas westfalia SC-150. .............................................301
Tabla 66. Costo de equipo de proceso. ..........................................................................................345
Tabla 67. Inversión fija ...................................................................................................................346
Tabla 68. Programa de operación (ton/año) ..................................................................................347
Tabla 69. Costos de materia prima. ...............................................................................................347
Tabla 70. Mano de obra de operación. ..........................................................................................349
Tabla 71. Gasto de energía eléctrica en la planta. ..........................................................................349
Tabla 72. Costo de agua en la planta. .............................................................................................350
Tabla 73. Costos directos de operación..........................................................................................351
Tabla 74. Costos indirectos de operación. ......................................................................................351
Tabla 75. Costos totales de operación ...........................................................................................352
Tabla 76. Volumen mínimo económico de operación ....................................................................353
Tabla 77. Amortización del crédito. Método de pagos iguales de capital ......................................354
Tabla 78. Ingresos por ventas .........................................................................................................354
Tabla 79. Estado de resultados "PROFORMA"................................................................................355
Tabla 80. Capital de trabajo ...........................................................................................................356
Tabla 81. Flujo de efectivo .............................................................................................................356
Tabla 82. Tasa Interna de Retorno (TIR) .........................................................................................357
Tabla 83. Consideraciones para calcular la TREMA ........................................................................358
Tabla 84. Programa de operación (ton) ..........................................................................................359
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INTRODUCCIÓN GENERAL XIII
Tabla 85. Ingresos por ventas .........................................................................................................359
Tabla 86. Amortización del crédito método de pagos iguales de capital con 26% de interés anual.
.......................................................................................................................................................360
Tabla 87. TIR con la tasa de 16% anual. ..........................................................................................360
Tabla 88. Amortización del crédito método de pagos iguales de capital con 13% de interés anual.
.......................................................................................................................................................361
Tabla 89. TIR con el interés de 13% anual. .....................................................................................361
Tabla 90. Análisis de sensibilidad respecto al porcentaje de financiamiento .................................362
Tabla 91. Variación en el precio de materia prima y el comportamiento de la TIR. .......................363
Tabla 92. Variación en el precio de producto y el comportamiento de la TIR. ...............................363
Tabla 93. Comportamiento de la TIR cuando se varía la capacidad instalada. ...............................364
Tabla 94. Variando el aprovechamiento de la capacidad máxima de operación de la planta. .......365
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INTRODUCCIÓN GENERAL 1
1 INTRODUCCIÓN GENERAL
La albúmina sérica humana (HSA) es una proteína de cadena simple que posee 585 aminoácidos y
un peso molecular de 67 kDa. Se encuentra en gran abundancia en el plasma sanguíneo, siendo la
principal proteína de la sangre. El 67% de este polipéptido se encuentra en estado de hélice α. Es
sintetizada en el hígado, y es la proteína más abundante en el ser humano. La concentración
normal de albúmina en la sangre humana oscila entre 3,5 y 5,0 gramos por decilitro, y supone un
54,31% de la proteína plasmática.
Entre las características de la HSA que resultan de importancia para el funcionamiento de nuestro
organismo, podemos destacar las siguientes:
Estabilización de volumen: la HSA es una molécula muy hidrofílica. Esta
característica hace que tenga un rol fundamental en el mantenimiento del volumen de
sangre intravasal en el organismo.
Función de transporte: Una de las principales funciones de la albúmina es la de
transportar y almacenar una amplia variedad de sustancias de bajo peso molecular como
bilirrubina, cortisol, hormonas sexuales, ácidos grasos libres y algunos medicamentos. En
los neonatos hiperbilirrubinémicos, la bilirrubina se combina con la albúmina limitando así
su ingreso a los tejidos hidrofóbicos del cerebro, atenuando con ello la toxicidad en los
procesos hemolíticos graves que se presentan a esa edad. La mitad del calcio circulante
está combinado con la albúmina, por lo que la interpretación clínica de la disminución del
calcio sérico depende de la concentración de la albúmina. Esto se debe a que la fracción
biológicamente activa del calcio es la forma ionizada o libre. La HSA constituye la
molécula decisiva para el transporte del organismo al hígado de metabolitos hidrofóbicos
y tóxicos. Mientras estos metabolitos permanecen unidos a la albúmina, no tienen ningún
efecto nocivo sobre el organismo, por lo que podemos decir que la albúmina tiene
también un efecto neutralizante de toxinas.
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INTRODUCCIÓN GENERAL 2
Figura 1 Representación 3D de la HSA
Debido a la función de transporte de esta proteína, y a la gran variedad de posibles ligandos que
posee, resulta de gran interés el estudio de la formación de complejos con HSA. Una gran cantidad
de drogas se transportan a través del torrente sanguíneo complejadas con Albúmina. Esta proteína
resulta un verdadero depósito de drogas en el organismo, y las protege de ser modificadas por el
metabolismo.
1.1 OBTENCIÓN DE ALBÚMINA SERICA HUMANA
La albúmina humana se puede obtener de plasma o placentas humanas. A nivel industrial se
prepara por fraccionamiento de mezclas de plasma obtenido de cientos de donantes sanos.
El método utilizado en su obtención fue desarrollado por Cohn en 1940, durante la II Guerra
Mundial, y consiste en someter el plasma humano a un proceso de fraccionamiento con etanol frío
a diferentes concentraciones y variaciones de temperatura, fuerza iónica y pH para obtener
diferentes fracciones o pastas.
A partir del descubrimiento del modelo del ADN por Watson y Crick en 1953, se ha avanzado
mucho en su manipulación y las aplicaciones. Numerosas investigaciones han permitido
comprender cómo portan y transmiten la información genética el ADN y otras moléculas. Desde el
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INTRODUCCIÓN GENERAL 3
comienzo del siglo pasado se sabe que algunas enfermedades ocurren debido a fallas metabólicas,
por deficiencia en una enzima, proteína ausente o menos activa que la proteína normal. Este
conocimiento ha estimulado a muchos investigadores en la búsqueda de alternativas para el
tratamiento de enfermedades.
Escherichia coli fue el organismo seleccionado inicialmente, para elaborar proteínas
recombinantes humanas, sin embargo, E. coli tiene sus desventajas para la producción de
proteínas humanas, en razón de que es una procariota y no dispone de mecanismos para la
glicosilación de las proteínas luego de la traducción. Esta modificación, que forma parte de las
llamadas postraduccionales, se lleva a cabo en más del 90% de las proteínas de mamíferos, la cual
puede afectar su función o el reconocimiento de la proteína para dirigirla a un sitio específico.
Dado que E. coli no glicosila las proteínas en la expresión de proteínas eucarióticas, se han
estudiado otros modelos: células de mamíferos, insectos y levaduras. De estos tres, las células de
levaduras son las más empleadas, puesto que combinan características de fácil manipulación
genética y rápido crecimiento, propio de los organismos procariota, con una maquinaria subcelular
de las proteínas en forma similar a los mamíferos.
La estructura de oligosacáridos de la invertasa en S. cerevisiae y P. pastoris fue determinada y
comparada con la estructura de los oligosacáridos de mamíferos. P. pastoris tiene los
mecanismos para adicionar O-N-oligosacáridos a las proteínas secretadas. Los glicanos de la
invertasa secretada por P. pastoris no tienen el residuo de α-1-3 manosa característica en S.
cerevisiae, el cual produce alta naturaleza antigénica de las glicoproteínas secretadas por esta
última levadura y, por tanto, las hace no aptas para producir sustancias de uso terapéutico.
Respecto a los N-oligosacáridos, la ventaja de P. pastoris sobre S. cerevisiae está en la glicosilación
que realiza, pues esta se parece más a la que hacen las células humanas.
Este microorganismo es capaz de generar modificaciones postraduccionales muy similares a las
modificaciones humanas. Además en grandes fermentadores, P. pastoris crece en un medio que
consiste en una fuente pura de carbono (glicerol o metanol), biotina, sales, trazas de elementos,
agua y no secreta alta cantidad de proteínas endógenas; por consiguiente las proteínas secretadas
por el cultivo son relativamente puras, lo que facilita su separación.
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | OBJETIVO 4
2 OBJETIVO
2.1 GENERAL
- Desarrollar el proyecto de diseño de una planta de producción de albumina sérica humana
recombinante (rHSA).
2.2 ESPECIFICOS
- Establecer las bases de diseño para la construcción de una planta de producción de rHSA.
- Detallar el proceso de producción de rHSA.
- Elaborar el estudio de pre factibilidad económico para la construcción de una planta de
producción de RHSA.
3 TAMAÑO DE PLANTA Y LOCALIZACION
3.1 DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD INSTALADA
Considerando que los tiempos para la elaboración del proyecto, no se llevo a cabo un estudio de
mercado, por lo que de forma arbitraria se elige una capacidad instalada de 500 kg de rHSA por
año.
3.2 LOCALIZACIÓN CON BASE A LA UBICACIÓN Y CARACTERÍSTICAS DE LOS MERCADOS
DE CONSUMO Y ABASTECIMIENTO
La localización adecuada se evaluará al dividir el territorio nacional en tres regiones:
A) Norte
B) Centro
C) Sureste.
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | TAMAÑO DE PLANTA Y LOCALIZACION 5
Figura 2. División del territorio nacional en 3 zonas (la zona blanca y azul se considera norte)
En cada región se evaluaran los parámetros considerados con más impacto de acuerdo a las
condiciones requeridas para el establecimiento de la planta. Los parámetros evaluados se
describen para cada zona:
Tabla 1. Criterios de selección para la localización de sitios.
Parámetro A B C
Mano de obra calificada De acuerdo a los reporte de INEGI, existe una oferta moderada de técnicos y profesionistas, sin embargo, su cercanía a la frontera norte exige un ingreso por salarios elevado
La zona con mayor oferta de técnicos y profesionistas. La alta actividad económica hace que los salarios puedan mantenerse fijos, además de que la calidad de vida es relativamente buena.
Es una zona con bajo desarrollo económico que no sea turismo. Existen limitadas fuentes de técnicos y profesionistas.
Clima y factores ambientales La temperatura media en esta zona es de 25°C, sin embargo, su
La zona centro tiene una temperatura promedio de 18°C,
Zona húmeda con alto índice de precipitaciones.
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | TAMAÑO DE PLANTA Y LOCALIZACION 6
ubicación geográfica la hace propensa climas extremos en verano/invierno. Predominan zonas áridas.
y su clima es templado, con las estaciones definidas.
Estimulos fiscales PROGRAMA EMPRENDE TU NEGOCIO PROGRAMA INICIA TU NEGOCIO IMPULSO A TU NEGOCIO FONDO DE APOYO PARA LA MICRO, PEQUEÑA Y MEDIANA EMPRESA
Programas de microcréditos para el autoempleo Programa de apoyo a la micro y pequeña empresa Bancarización
Dreditos y facilidades para el establecimiento de nuevas emoresas, que van desde $30’000.00 hasta 1’000’000.00
Infraestructura (carreteras, servicios, comunicaciones)*
+++ +++++ ++
Cercania con Mercados No se muestra diferencia significativa.
Materia Prima Es una zona dedicada a actividades económicas enfocadas a la transformación de materias primas, lo que garantiza la selección de líneas de distribución y proveedores.
Debido a que es una zona cuyas actividades económicas principales son el comercio y la industria, existe un limitado abastecimiento de materias, que es compensado por la gran cantidad de vías de comunicación.
Es una zona dedicada a actividades económicas primarias, lo que reduce el costo de materias primas y las hace mas disponibles.
Al evaluar los parámetros de acuerdo al método cualitativo por puntos, se obtuvo la siguiente
matriz, en la que se califico cada lugar y se multiplico por su grado de impacto
(calificación/calificación por grado de impacto). La suma total permitió comparar cada sitio, y así
elegir el más adecuado. La localización seleccionada es el área centro.
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | TAMAÑO DE PLANTA Y LOCALIZACION 7
Tabla 2. Evaluación de la localización.
Parámetro Grado de impacto A B C
Mano de obra calificada 0.25 8 /2 10/2.5 7/1.75
Clima y factores ambientales 0.15 9/1.35 9/1.35 8/1.20
Estimulos fiscales 0.05 9/0.45 9/0.45 10/0.5
Infraestructura (carreteras, servicios,
comunicaciones)
0.10 9/0.9 10/1.0 8/0.8
Cercania con Mercados 0.20 10/2.0 9/1.80 8/1.6
Materia Prima 0.25 8/2.0 7/1.75 9/2.25
TOTAL 1.00 5.1 8.85 8.1
Establecida la localización en la zona centro, se procede a elegir la ubicación, tomando en cuenta
los mismos puntos anteriores se evalúan los siguientes parques industriales:
A) Toluca: FRISIA, Toluca-Lerma. Km 535 México-Toluca, Lerma.
B) Querétaro: Parque Industrial Querétaro.
C) Puebla. Industrial San Jerónimo. Carretera Puebla-Tlaxcala.
D) Guanajuato. Industrial DELTA. Carretera León-Silao
La matriz resultante se muestra a continuación. La suma total de las evaluaciones permitió elegir la
ubicación más adecuada, siendo esta el parque industrial Toluca-Lerma.
Tabla 3. Evaluación de la ubicación.
Parámetro Grado de importancia A B C D
Mano de obra calificada 0.25 9/2.25 9/2.25 8/2.0 9/2.25
Clima y factores ambientales 0.15 9/1.35 8/1.2 9/1.35 8/1.20
Estímulos fiscales 0.05 8/0.4 9/0.45 10/0.5 10/0.5
Infraestructura (carreteras, servicios,
comunicaciones)
0.10 10/1.0 9/0.9 9/0.9 10/1.0
Cercanía con Mercados 0.20 10/2.0 9/1.8 8/1.6 10/2.0
Materia Prima 0.25 9/2.25 9/2.25 9/2.25 9/2.25
TOTAL 1.00 9.25 8.85 8.60 9.2
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 8
4 INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO
4.1 BASES DE DISEÑO
4.1.1 GENERALIDADES
4.1.1.1 TIPO DE PLANTA
Planta de producción de productos recombinantes, clasificada dentro de las farmoquímicas,
aunque también puede considerarse una planta biotecnológica.
4.1.1.2 PRODUCTO
La albúmina sérica humana se encuentra en un 50% de proteínas totales en el suero. Contribuye
de forma importante a la osmolaridad del suero, pero además tiene la importante propiedad de
unirse con facilidad a muchas sustancias diferentes, entre las que se encuentran los diferentes
ácidos grasos libres. A través de la fijación, la posterior solubilización y transporte de diversos
ácidos grasos, la albúmina facilita el transporte de éstas moléculas hidrófobas al medio
predominantemente hidrófilo del plasma.
Tiene gran importancia farmacológica la presencia en la molécula de albúmina de lugares capaces
de fijar diversos tipos de fármacos, como salicilatos, barbitúricos, sulfaminas, penicilina y
warfarina. Pero la interacción es débil y los ligandos son fácilmente desplazados por otras
sustancias. Teniendo esto en cuenta, la albúmina no solo participa en la solubilización de los
fármacos, sino que también puede determinar la proporción presente en el plasma de fármaco
libre (y, por lo tanto, farmacológicamente activo).
Especificaciones del producto
Albumina Sérica Humana Recombinante
Características: cristales blancos o ligeramente amarillentos que pueden sedimentarse en reposo,
medida de las partículas es del orden de 10-100μm, ninguna partícula debe de pasar las 150μm.
pH. 5.0-8.5. Conservarse a una temperatura de 2-10°C.
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Tabla 4. Características del producto.
SUSTANCIA CANTIDAD
Globulinas 5.00%
Alcohol bencílico (Agente bacteriostático) 0.90%
Seroalbúmina 94.10%
4.1.1.3 APLICACIÓN DEL PRODUCTO
Acción Terapéutica
Expansor del volumen sanguíneo circulante.
Antibilirrubinémico.
Unión reversible a sustancias endógenas y exógenas.
Secuestro de radicales libres y prevención de la peroxidación lipídica.
Preservación de la integridad microvascular y, como consecuencia, de la formación
de edemas.
Indicaciones
Hipovolemia: en emergencias, con o sin estado de shock.
Hipoproteinemia.
Hiperbilirrubinemia neonatal.
Hemodiálisis.
Como tratamiento complementario en: quemaduras severas, síndrome
respiratorio del adulto, bypass cardiopulmonar, ascitis, nefrosis aguda y síndrome
nefrótico agudo, pancreatitis e infecciones intrabdominales, fallas agudas del
hígado, y toxemia del embarazo.
Resuspensión de glóbulos rojos.
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4.1.2 CAPACIDAD INSTALADA, RENDIMIENTO Y FLEXIBILIDAD
4.1.2.1 CAPACIDAD INSTALDA
La capacidad de la planta se describe de acuerdo a lo siguiente:
a) Capacidad de Diseño: 575 kg/año
b) Capacidad Normal: 500 kg/año
c) Capacidad Mínima: 425 kg/año
4.1.2.2 RENDIMIENTO
Se considera que el proceso tiene un rendimiento de 60%.
Se trabajaran 340 días al año, por lo que el factor de servicio resulta 0.93.
Factor de servicio =Días laborados
Días del año=
340
365
4.1.2.3 FLEXIBILIDAD
La planta deberá seguir operando bajo las siguientes condiciones anormales:
a) Falla de electricidad Si___X___ No__________
Observaciones: La planta deberá contar con una planta eléctrica de emergencia y
será conectada a los equipos y áreas fundamentales en el proceso
b) Falla de vapor Si___X____ No__________
Observaciones: Sin embargo el área de fermentación será la única que no opere
c) Falla de aire Si________ No____X_____
Observaciones: _______________________________________
d) Otras: _______________________________________
_______________________________________
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4.1.2.3.1 ¿Se requiere prever aumentos de capacidad en futuras ampliaciones?
Si el análisis de mercado indica un crecimiento en la demanda será necesario ampliar la nave de
producción; sin embargo con el diseño actual es posible operar a la capacidad de diseño sin ningún
problema
4.1.2.3.2 Requerimientos especiales de operación
Será necesario el cálculo de la nueva capacidad de a planta así como su subsecuente
acondicionamiento de áreas y equipos
4.1.3 ESPECIFICACIONES DE LAS ALIMENTACIONES
Figura 3. Especificaciones de las alimentaciones.
Alimentación Estado Físico
Impurezas
individuales
(HPLC)
Impurezas
totales
(HPLC)
Glucosa Sólidos Máx. 0.1% Máx. 0.1%
Glicerol Líquido Máx. 0.1% Máx. 0.1%
Botina Sólidos Máx. 0.1% Máx. 0.1%
Solución de Sales Líquido Máx. 0.1% Máx. 0.1%
Agua de la red Líquido Máx. 0.1% Máx. 0.1%
Cloruro de Sodio Sólido Máx. 0.1% Máx. 0.1%
Agua desionizada Líquido Máx. 0.1% Máx. 0.1%
Buffer A “Acetato
de sodio 25mM” Líquido Máx. 0.1% Máx. 0.1%
Buffer B “Fosfato
de sodio, NaCl,
Caprilato de
sodio”
Líquido Máx. 0.1% Máx. 0.1%
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4.1.4 ESPECIFICACIONES DE LOS PRODUCTOS
Tabla 5. Especificaciones del producto
4.1.5 CONDICIONES DE ALIMENTACION EN LÍMITE DE BATERÍA
En la alimentación a la planta, la línea de alimentación del agua tiene válvulas de seguridad.
Tabla 6. Condiciones de alimentación en límites de batería.
Buffer C “Fosfato
de Sodio y NaCl
0.1M”
Líquido Máx. 0.1% Máx. 0.1%
Buffer E “Fosfato
de sodio, NaCl
0.2M”
Líquido Máx. 0.1% Máx. 0.1%
Peptona Sólidos Máx. 0.1% Máx. 0.1%
Extracto de
levadura Sólidos Máx. 0.1% Máx. 0.1%
Alimentación Estado Físico Impurezas
individuales (HPLC)
Impurezas totales (HPLC)
rHSA Sólidos (polvo) max. 0.1% max. 0.1%
Alimentación Estado
Físico
Presión manométrica (Kg/cm2) Temperatura (°C) Forma de recibido
Máx Normal Mín Máx Normal Mín
Glucosa Sólidos 1.5 1 0.5 20.5 15.5* 10.5 Costal
Glicerol Líquido 1.5 1 0.5 20.5 15.5* 10.5 Tambo
Botina Sólidos 1.5 1 0.5 20.5 15.5* 10.5 Costal
Solución de Sales Líquido 1.5 1 0.5 20.5 15.5* 10.5 Garrafones
Agua de la red Líquido 2.5 2 1.5 20.5 15.5* 10.5 Tubería
Cloruro de Sodio Sólido 1.5 1 0.5 20.5 15.5* 10.5 Costal
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*De datos Tomados del Clima Nacional de México
4.1.6 CONDICIONES DE LOS PRODUCTOS EN LÍMITE DE BATERIA
Tabla 7. Condiciones del producto en límites de batería.
*De a datos Tomados del Clima Nacional de México **Se entregara en bolsas de plástico de polietileno impresas con las características del producto y
el nombre de la empresa de 1 kg, en cajas con seis bolsas.
4.1.7 ELIMINACION DE DESECHOS
Agua desionizada Líquido 1.5 1 0.5 20.5 15.5* 10.5 Garrafones
Buffer A “Acetato
de sodio 25mM” Líquido 1.5 1 0.5 20.5 15.5* 10.5 Garrafones
Buffer B “Fosfato
de sodio, NaCl,
Caprilato de sodio”
Líquido 1.5 1 0.5 20.5 15.5* 10.5 Garrafones
Buffer C “Fosfato
de Sodio y NaCl
0.1M”
Líquido 1.5 1 0.5 20.5 15.5* 10.5 Garrafones
Buffer E “Fosfato
de sodio, NaCl
0.2M”
Líquido 1.5 1 0.5 20.5 15.5* 10.5 Garrafones
Peptona Sólidos 1.5 1 0.5 20.5 15.5* 10.5 Costal
Extracto de
levadura Sólidos 1.5 1 0.5 20.5 15.5* 10.5 Costal
Producto Estado Físico
Presión manométrica (Kg/cm2) Temperatura (°C) Forma de entrega Máxima Normal Mínima Máxima Normal Mínima
Albumina sérica humana
recombinante Sólido 2.5 2 1.5 15.5 10.5* 5.5
Bolsa de plástico**
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Las Normas Oficiales Mexicanas en materia de Eliminación de desechos producidos por la planta
farmoquímica que se buscaron vienen resumidas en la siguiente tabla.
Tabla 8. Normas Oficiales Mexicanas
Descarga de aguas residuales
NOM-001-ECOL-1996
NOM-001-SEMARNAT-1996
Límites máximos permisibles de contaminantes en las
descargas de aguas residuales en aguas y bienes
nacionales.
NOM-002-ECOL-1996
NOM-002-SEMARNAT-1996
Límites máximos permisibles de contaminantes en las
descargas de aguas residuales a los sistemas de
alcantarillado urbano o municipal.
NOM-003-ECOL-1997
NOM-003-SEMARNAT-1997
Límites máximos permisibles de contaminantes para las
aguas residuales tratadas que se reúsen en servicios al
público.
Contaminación atmosférica
NOM-034-ECOL-1993
NOM-034-SEMARNAT-1993
Métodos de medición para determinar la concentración
de monóxido de carbono en el aire ambiente y los
procedimientos para la calibración de los equipos de
medición.
NOM-035-ECOL-1993
NOM-035-SEMARNAT-1993
Métodos de medición para determinar la concentración
de partículas suspendidas totales en el aire ambiente y
el procedimiento para la calibración de los equipos de
medición.
Emisiones de fuentes fijas
NOM-043-ECOL-1993
NOM-043-SEMARNAT-1993
Niveles máximos permisibles de emisión a la atmósfera
de partículas sólidas provenientes de fuentes fijas.
Residuos peligrosos, sólidos urbanos y de manejo especial
NOM-052-SEMARNAT-2005 Que establece las características, el procedimiento de
identificación, clasificación y los listados de los residuos
peligrosos
NOM-053-ECOL-1993
NOM-053-SEMARNAT-1993
Procedimiento para llevar a cabo la prueba de
extracción para determinar los constituyentes que
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hacen a un residuo peligroso por su toxicidad al
ambiente
NOM-054-ECOL-1993
NOM-054-SEMARNAT-1993
Procedimiento para determinar la incompatibilidad
entre dos o más residuos considerados como peligrosos
por la norma oficial mexicana NOM-052-ECOL-1993.
NOM-055-SEMARNAT-2003 Que establece los requisitos que deben reunir los sitios
destinados al confinamiento controlado de residuos
peligrosos excepto de los radiactivos.
NOM-056-ECOL-1993
NOM-056-SEMARNAT-1993
Requisitos para el diseño y construcción de las obras
complementarias de un confinamiento controlado de
residuos peligrosos.
NOM-057-ECOL-1993
NOM-057-SEMARNAT-1993
Requisitos que deben observarse en el diseño,
construcción y operación de celdas de un
confinamiento controlado para residuos peligrosos.
NOM-058-ECOL-1993
NOM-058-SEMARNAT-1993
Requisitos para la operación de un confinamiento
controlado de residuos peligrosos.
NOM-087-SEMARNAT-SSA1-2002 Protección ambiental-salud ambiental-residuos
peligrosos biológico-infecciosos-clasificación y
especificaciones de manejo.
NOM-098-SEMARNAT-2002 Protección ambiental – incineración de residuos,
especificaciones de operación y límites de emisión de
contaminantes.
Comisión Nacional del Agua
NOM-001-CONAGUA-1995 Sistema de alcantarillado sanitario – especificaciones de
hermeticidad.
NOM-002-CONAGUA-1995 Toma domiciliaria para abastecimiento de agua potable
– especificaciones y métodos de prueba.
NOM-007-CONAGUA-1997 Requisitos de seguridad para la construcción y
operación de tanques de agua.
NOM-087-ECOL-SSA1-2002
NOM-087-SEMARNAT-SSA1-2002
Protección ambiental-salud ambiental-residuos
peligrosos biológico-infecciosos-clasificación y
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especificaciones de manejo.
4.1.8 ALMACENAMIENTO
La planta dispondrá de un espacio libre para el acceso de pipas, carros tanque o cualquier otro
tipo de transporte y entrega de las materias primas sólidas y en estado líquido. Las condiciones de
almacenamiento de materias primas solidas serán en almacenes destinados para ello, cuyas
temperaturas no deberán ser mayores a 25°C.
El producto final será almacenado en un almacén destinado para dicho fin. Debido a sus
propiedades, se deberá mantener en un cuarto frio, cuya temperatura será de 4°C.
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4.1.9 ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL
4.1.9.1 DATOS DEL PROYECTO
4.1.9.1.1 NIVELES
4.1.9.1.1.1 NIVEL I. DATOS GENERALES DEL PROYECTO, ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL
4.1.9.1.1.1.1 PROYECTO
4.1.9.1.1.1.1.1 Nombre del proyecto.
PRODUCCIÓN DE ALBÚMINA SÉRICA HUMANA MEDIANTE Pichia pastoris.
4.1.9.1.1.1.1.2 Estudio de riesgo y su modalidad
(En caso, de que la actividad implique la realización de actividades altamente riesgosas).
4.1.9.1.1.2 NIVEL II. ESTUDIO DE RIESGO AMBIENTAL.
4.1.9.1.1.2.1 Ubicación del proyecto
Carretera México-Toluca Km 535
Corredor Industrial Toluca Lerma
Código Postal 52004.
Teléfono 01(72) 79 22 99/79 20 36/792199/
Fax 01 (72) 79 22 49/79 20 17
Mapa (ver mapa)
4.1.9.1.1.2.2 Tiempo de vida útil del proyecto
El tiempo de vida útil del proyecto se estima en 30 años, y tardará aproximadamente 48 semanas
en poder realizarse la obra, tal como se describe en el programa de trabajo.
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4.1.9.1.1.2.3 En caso de que el proyecto que se somete a evaluación se vaya a construir
en varias etapas, justificar esta situación y señalar con precisión
El proyecto en cuestión se desarrollará en una sola etapa
Presentación de la documentación legal:
De ser el caso, constancia de propiedad del predio.
El predio pertenece empresa Farmoquímica “FarmaBIO” S.A. de C.V.
4.1.9.1.2 PROMOVENTE
4.1.9.1.2.1 Nombre o razón social
La empresa llevara el nombre de Farmoquímica “FarmaBIO” con la razón social
correspondiente a Sociedad Anónima de Capital Variable.
4.1.9.1.2.2 Registro Federal de Contribuyentes del promovente
GMM 361228 4D0
4.1.9.1.2.3 Nombre y cargo del representante legal
Cerón Montes Adrian, Encargado del estudio del impacto ambiental.
4.1.9.1.2.4 Dirección del promovente o de su representante legal para recibir notificaciones
Carretera México-Toluca Km 535
Corredor Industrial Toluca Lerma
Código Postal 52004.
Teléfono 01(72) 79 22 99/79 20 36/792199/
Fax 01 (72) 79 22 49/79 20 17
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4.1.9.1.3 RESPONSABLE DE LA ELABORACIÓN DEL ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL
4.1.9.1.3.1 Nombre o Razón Social
Farmoquímica “FarmaBIO” S.A. de C.V.
4.1.9.1.3.2 Registro Federal de Contribuyentes o CURP
GMM 361228 4D0
4.1.9.1.3.3 Nombre del responsable técnico del estudio. Registro Federal de Contribuyentes o
CURP. Número de Cédula Profesional
Cerón Montes Adrian. Encargado del estudio del impacto ambiental y alternativas
correspondientes
CURP: CEMA870109HMRND06
RFC: CEMA870109
CEDULA PROFESIONAL:
4.1.9.1.3.4 Dirección del responsable técnico del estudio.
Tecamac de Felipe Villa Nueva, Col. San Martin Azcatepec
Municipio: Tecamac de Felipe Villa Nueva
México D.F.
C.P. 55748
Tel. 5516036279
e-mail: aceronm0600@ipn.mx
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4.1.9.2 DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO
4.1.9.2.1 INFORMACIÓN GENERAL DEL PROYECTO
4.1.9.2.1.1 Naturaleza del proyecto
Con el objeto de producir la albumina sérica humana la empresa Farmoquímica “FarmaBIO”
S.A. de C.V., se proyecta instalar una planta Farmacéutica-.Biotecnológica.
El proyecto se fundamenta, debido al incremento de la demanda de la albumina sérica
humana, por lo que la demanda (insificiente)actual de este producto es más que la oferta del
mismo.
4.1.9.2.1.2 Selección del sitio
El sitio seleccionado para la ubicación de esta planta, se encuentra dentro Corredor
Industrial Toluca Lerma por el beneficio y características de los mercados de consumo y
abastecimiento. Evaluados por la misma empresa y especificados en los puntos 3.1 al 3.3 del
presente trabajo.
4.1.9.2.1.3 Ubicación física del proyecto y planos de localización
Se presenta croquis de ubicación de la Planta.
Figura 4. Corredor Industrial Toluca Lerma, Lerma, México (Google Earth).
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La planta se encuentra ubicado el corredor Industrial Toluca Lerma al norte del Estado de México.
· Latitud Norte: 19º 09’00´´
· Longitud Oeste: 99º 29’00’’
· Altitud: 2,660 m.s.n.m
Las vías de acceso que se tienen para llegar al Complejo de Manufactura Toluca, que son:
4.1.9.2.1.3.1 Terrestre.
Autopista México-Toluca hasta y tomar la avenida Paseo Tolloacan hasta llegara a El Rincón del
Parque, y girara a la derecha con rumbo a Texcoco hasta interceptar con la calle Lerma y dar vuelta
a la izquierda, posteriormente a escasas cuadras se encuentra el Corredor Industrial Toluca Lerma.
4.1.9.2.1.3.2 Sistema Ferroviario
La vía más cercana corresponde al ferrocarril México –Toluca localizado en el límite sur del
Corredor Industrial de Toluca.
4.1.9.2.1.3.3 Aeropuerto.
Aeropuerto de la Ciudad de Toluca al Complejo de Manufactura Toluca
Estado, municipio, colonia, calle, código postal, teléfono
El Municipio de Toluca colinda al norte con los municipios de Temoaya y Otzolotepec, al sur con
Villa Guerrero y Coatepec Harinas, al este con Lerma, San Mateo Atenco y Metepec, al sureste con
Calimaya y Tenango del Valle, y al oeste con Almoloya de Juárez y Zinacantepec. Sus coordenadas
geográficas extremas varían de los 19° 04’15” a los 19° 27’10” de latitud Norte, y de los 99°31’40”
a los 99°46’50” de Longitud Oeste (INEGI , 1992) y abarca una superficie total de 42,013.5
hectáreas. (Subdirección de Estudios y Consulta del Territorio Estatal, SECTE, 1989.
El territorio municipal se conforma por un total de 89 sectores y 24 Delegaciones.
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4.1.9.2.1.4 Inversión requerida
Reportar el importe total del capital total requerido (inversión + gasto de operación), para el
proyecto.
A. pesos M.N.
Tabla 9. La inversión requerida para la planta
Descripción Inversión (millones de pesos de pesos)
Capacidad instalada 100.00
Equipo requerido 200.00
Total capital requerido para inversión
300.00
B. Precisar el período de recuperación del capital, justificándolo con la memoria de cálculo
respectiva.
Con base a la información presentada en el cuadro anterior, el volumen actual de La capacidad de
la planta se describe de acuerdo a lo siguiente:
a) Capacidad de Diseño: 575 kg/año
b) Capacidad Normal: 500 kg/año
c) Capacidad Mínima: 425 kg/año
4.1.9.2.1.5 Dimensiones del proyecto
Especifique la superficie total requerida para el proyecto, desglosándola de la siguiente manera:
a) Superficie total del predio ( en m2 ).
La planta industrial Farmoquímica “FarmaBIO” S.A. de C.V. en Toluca tiene una superficie de
500,000 m2.
b) Superficie a afectar (en m2 ) con respecto a la cobertura vegetal del área del proyecto, por tipo
de comunidad vegetal existente en el predio (selva, manglar, tular, bosque, etc.). Indicar, para
cada caso su relación (en porcentaje), respecto a la superficie total del proyecto
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Las superficies a afectar en áreas verdes corresponden a lo desarrollado por la planta de
distribución, las cuales se encuentran comprendidas por pasto, ya que dentro del predio en el cual
se ubica el complejo de Toluca no existe comunidad vegetal que pueda verse afectada.
Tabla 10. Superficies requeridas para el desarrollo del proyecto
CONCEPTO SUPERFICIE PORCENTAJE
Planta (construcción) 160 000 m2 32.0%
c) Superficie (en m2) para obras permanentes. Indicar su relación (en porcentaje), respecto a la
superficie total.
4.1.9.2.1.6 Uso actual de suelo y/o cuerpos de agua en el sitio del proyecto y en sus
colindancias
Usos de suelo: sin uso evidente.
Las actividades que se pretenden realizar en el presente proyecto son compatibles con el uso de
suelo de la zona. De acuerdo a los planes de desarrollo del Municipio de Toluca, que es industrial,
lo cual se manifiesta con las múltiples empresas que se han instalado en la zona y de acuerdo a lo
indicado en la Licencia de Uso de Suelo otorgada por Gobierno del Estado de México, Secretaría de
Desarrollo Urbano y Obras Públicas, Subsecretaría de Desarrollo Urbano y Vivienda, Dirección
General de Desarrollo Urbano, Subdirección Regional de Desarrollo Urbano Toluca-Ixtapan de la
Sal.
No existen cuerpos de agua presentes dentro de la zona de influencia del proyecto.
4.1.9.2.1.7 II.1.7 Urbanización del área y descripción de servicios requeridos
Instalaciones y servicios
Agua potable (0.5 litros/ seg/ha), electricidad (23 kva), drenaje pluvial y sanitario separado, calles
pavimentadas, alumbrado, líneas telefónicas de fibra óptica, banquetas, vigilancia y áreas verdes.
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Giros predominantes en la zona: textil, metal-mecánica y diversas manufacturas.
4.1.9.2.2 CARACTERÍSTICAS PARTICULARES DEL PROYECTO
4.1.9.2.2.1 Descripción de la obra o actividad y sus características
Con la misma orientación del rubro anterior, se recomienda describir lo siguiente:
a) Tipo de actividad o giro industrial.
Farmoquímica
b) La totalidad de los procesos y operaciones unitarias.
18
1. Tanque de medio (1)
2. Intercambiador de placas (3)
3. Tanque semilla (1)
4. Tanque de producción (1)
5. Tanque de balance (5)
6. Centrifuga de discos (1)
7. Módulo de Ultrafiltración (3)
8. Cromatografías de Columna (2)
9. Cristalizador (1)
4.1.9.2.2.2 Programa general de trabajo
Para esto se presenta un diagrama de Gantt, donde se plasma el tiempo en el cual se pretende
concluir el proyecto.
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Tabla 11. Programa de trabajo calendarizado
Actividad SEMANAS
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48
Aprobación
del proyecto x x x
Asignación
del proyecto x x x x x
Ingeniería de
detalle
x x x x
Construcción
de la planta
industrial
x x x x x x x x
Compra del
equipo
x x x x
Servicios
nuevos
x x x x x x x
Revisión y
detalles
x x x x
Puesta en
servicio
x x x x
Cierre del
proyecto
x x x x
4.1.9.2.2.3 Preparación del sitio
Dado que el proyecto se realizará en una zona sin construcción se realizaran maniobras de
limpieza de zona excavación, a nivelación del terreno, elaboración de concreto reforzado para la
construcción, entre otras actividades.
Asimismo, en caso de efectuar algún de las siguientes obras, para el desarrollo del proyecto, es
conveniente se describa la siguiente información (según corresponda):
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Rellenos en zonas terrestres
Se requerirá de efectuar rellenos para el desarrollo del presente proyecto.
a) Sitios de donde se adquirirá el material para efectuar el relleno.
En Toluca
b) Volumen y tipo de material por emplear en esta actividad, señalando sus características.
Según corresponda.
c) Forma de manejo y traslado del material para efectuar el relleno.
En camiones y tráileres de transportación de material.
Rellenos en cuerpos de agua, zonas inundables o marinas:
1. Nombre del cuerpo de agua o zona inundable por afectar.
No aplica.
2. Superficie total por afectar.
No aplica.
3. Ubicación en plano, de los sitios en donde se realizarán los rellenos.
No aplica.
4. Sitios de donde se adquirirá el material para efectuar el relleno, tipo de material y
volumen o cantidad del material por utilizar.
No aplica.
5. Forma de manejo y traslado del material para efectuar el relleno.
No aplica.
6. Descripción de la técnica constructiva.
No aplica.
7. Descripción de métodos por emplear, para garantizar la estabilidad de taludes, en su caso.
No aplica.
Obras de dragados de cuerpos de agua y zonas de tiro (Sólo para industrias ubicadas junto al
mar o río y cuando el promovente realice el dragado como parte del proyecto industrial):
1) Ubicación en plano, de los sitios en donde se realizarán los dragados, indicando el
nombre del cuerpo de agua o zona por afectar.
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No aplica
a) Volumen que será dragado.
No aplica
b) Diseño de muestreo para la caracterización del material a dragar.
No aplica.
c) Parámetros que serán analizados en las muestras de material a dragar.
No aplica.
d) Resultados de los análisis CRETIB del material por dragar.
No aplica.
e) Capacidad volumétrica de la zona de tiro.
No aplica
f) Diseño del sitio de tiro.
No aplica.
g) Coordenadas geográficas o UTM de la poligonal que formará el sitio de tiro.
No aplica.
h) Superficie que será afectada por el dragado e indicando la superficie de cada una de
las zonas de tiro.
No aplica.
i) Tipo de material a descargar.
No aplica.
j) Características de la corriente en el área de tiro (en caso de que el material sea
dispuesto en cuerpos de agua).
No aplica.
Obras de protección (escolleras, espigones, bordos, dársenas, represas, rompeolas, malecones,
diques, varaderos y muros de contención).
Tipo, número, dimensiones y material empleado para las estructuras de protección, así como las
técnicas constructivas que se utilizarán.
Muelles
a) Área total del muelle.
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No aplica
b) Tipo de muelle (fijo o flotante).
No aplica
c) Forma de muelle (marginal, espigón, en “T”, en “U”, etc.).
No aplica
d) Material que se utilizará para su construcción (concreto, madera, plástico reforzado con
fibra de vidrio, acero, etc.).
No aplica
e) Profundidad máxima del muelle.
No aplica
f) Tipo de embarcaciones que va a recibir, especificando el calado de las embarcaciones.
No aplica
g) Relación del número de embarcaciones y rutas de navegación en aquellas zonas marinas,
litorales o lagunares, las cuales se encuentren dentro de un Área Natural Protegida,
indicando la congruencia de la actividad conforme lo establezca su correspondiente
Programa de Manejo.
No aplica
4.1.9.2.2.4 Desviación de cauces
a) Justificación
No aplica
b) Nombre del cuerpo de agua.
No aplica
c) Descripción de los trabajos de desvío (anexar planos).
No aplica
d) Tipos de comunidades de flora y fauna que podrían ser afectados.-
No aplica
e) Gasto promedio que será desviado, porcentaje con respecto al volumen total y la
afectación a poblaciones o localidades cercanas.
No aplica
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4.1.9.2.2.5 Descripción de las obras y actividades provisionales del proyecto
Requerirá de la construcción de servicios de apoyo, ya que la planta no cuenta con la
infraestructura necesaria para poder dar servicio a los requerimientos del desarrollo del proyecto.
Los servicios de apoyo que requerirá serán de agua, luz, drenaje, vapor, línea telefónica, etc.
Utilizando los mismos horarios de trabajo para el personal que estará a cargo de la obra, que los
empleados dentro de la planta; por lo que no se requerirá de la instalación de campamentos, ni de
dormitorios.
4.1.9.2.2.6 Etapa de construcción
Las etapas de construcción son tres principales las cuales son la etapa de contrataciones y compra
de material, la etapa de construcción, la cual es la que mas tiempo tarda, y la etapa de cierre del
proyecto.
En virtud de que la obra a desarrollar se ubicará en una zona aún sin construir se requerirá de
obras asociadas como pueden ser campamentos o caminos de acceso o bodegas para el material
de construcción.
4.1.9.2.2.7 II.2.8 Descripción de las obras asociadas al proyecto
Como obra asociada se identifica a toda aquella obra que complemente a cualquiera de las obras
principales, como podrían ser:
Construcción o rehabilitación de caminos de acceso, incluyendo vías férreas. Señalando para
ambos casos la longitud, corona, derecho de vía, etc.
No se realizarán caminos de acceso.
Líneas de transmisión y subestaciones eléctricas (anexar plano con la trayectoria, indicando la
superficie de material vegetal que será afectada por los derechos de vía y de la subestación sus
características).
No aplica.
Áreas recreativas y campos deportivos para los trabajadores.
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No aplica.
Sistemas para la captación de agua pluvial o superficie
Pozos de agua
No aplica.
Plantas (instalaciones y equipo) para el tratamiento previo de agua a utilizar o de aguas residuales
(señalar la descripción del proceso de tratamiento, capacidad de diseño de la planta, origen de las
aguas recibidas, características esperadas, tratamiento y disposición final de los residuos
generados (lodos, salmuera), calidad esperada del agua después del tratamiento, destino final del
efluente tratado y sitios de descarga o destino de la misma).
Se generaran aguas residuales.
Provenientes de la planta la cual se le dará un tratamiento térmico par la neutralización de los
microorganismos y posteriormente ser utilizada en las aéreas verdes, (Ver tratamiento de aguas
residuales)
Administrativas (oficinas) o de servicios (patios de servicio, obras para abastecimiento y
almacenaje de combustibles y materiales).
Se requerirá de la construcción de oficinas administrativas o patios de servicio.
Unidades para el registro de parámetros ambientales y de producción, etc., que conlleven la
realización de obras adicionales.
La compra de un incinerador para la neutralización de la biomasa y se pueda desechar. (ver
tratamiento de la biomasa)
4.1.9.2.2.8 Generación, manejo y disposición de residuos sólidos, líquidos y emisiones a la
atmósfera
Etapa de construcción: En esta etapa los residuos estarán constituidos por restos de material de
construcción como lo son pedazos de ladrillos, concreto, restos de celosía, y algunos pedazos de
tubería.
Etapa de operación: durante esta etapa del proyecto, los residuos estarán constituidos por
emisiones a la atmósfera las cuales se verán reducidas al utilizar un combustible más limpio,
además de la neutralización de la biomasa y la esterilización del agua de proceso.
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4.1.9.2.2.9 Infraestructura para el manejo y la disposición adecuada de los residuos
El presente proyecto implica generación de residuos, como son la eliminación de la biomasa,
esterilización del agua de proceso, principalmente.
Tabla 12. Disposición de residuos
NOMBRE DESTINO METODO DE DISPOSICIÓN
Arena APASCO/ECOLTEC
CEMEX/PROAMBIENTE
REUSO
REUSO
Basura RECOLECTORA KING KONG RELLENO SANITARIO
Cable con forro INSUMOS RECICLABLES RECICLAJE
Cartón INSUMOS RECICLABLES RECICLAJE
Chatarra INSUMOS RECICLABLES RECICLAJE
Escombro RECOLECTORA KING KONG RELLENO SANITARIO
Escoria APASCO/ECOLTEC REUSO
Llantas usadas PROAMBIENTE COMBSTIBLE ALTERNO
Madera INSUMOS RECICLABLES RECICLAJE
Papel archivo RECOLECTORA KING KONG RECICLAJE
Plástico scrap sin metal PROAMBIENTE COMBUSTIBLE ALTERNO
Plástico scrap con metal RIMSA CONFINAMIENTO
Polietileno RECOLECTORA KING KONG RECICLAJE
Rebeba de hierro ROCA ACERO RECICLAJE
Rebaba de aluminio INSUMOS RECICLABLES RECICLAJE
Residuos del comedor INSUMOS RECICLABLES REUSO
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Así también y de acuerdo a la instrucción del sistema de administración ambiental, tenemos que
para el caso de los residuos peligrosos se cuenta con los siguientes métodos de disposición:
Tabla 13. Disposición de residuos peligrosos
IDENTIFICACIÓN DESTINO METODO DE DISPOSICIÓN
Aceite sucio PROAMBIENTE Combustible Alterno
Baterías usadas GILBERTO CABALLERO C. Reciclaje
Contenedores Vacíos RECUPERADORA RUMA
PROAMBIENTE
RIMSA
Combustible Alterno
Filtros Automotrices RIMSA Confinamiento controlado
Lodo con aceite APASCO/ECOLTEC
RIMSA
Confinamiento controlado
Lodo de pintura APASCO/ECOLTEC Combustible Alterno
Lodo elpo APASCO/ECOLTEC Confinamiento controlado
Lodos biológicos RIMSA
APASCO ECOLTEC
Confinamiento controlado
Lodo de Tratamiento de agua
industrial
REIND QUÍMICA
RIMSA
Combustible Alterno Confinamiento controlado
Metales scrap RIMSA Confinamiento controlado
Polvo químico de extintor RIMSA
Residuos con aceite PROAMBINTE Combustible Alterno
Residuos médicos TRADEM Incineración
Resinas RIMSA
Selladores RIMSA Confinamiento controlado
Solución de ácido sulfúrico RIMSA Confinamiento controlado
Solución de amoniaco RIMSA Confinamiento controlado
Solventes usados PROAMBIENTE Combustible Alterno
Tambor con silicato de sodio RIMSA Confinamiento controlado
Tierra con aceite RIMSA Confinamiento controlado
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4.1.9.2.2.9.1 Tratamiento de los residuos generados por la planta.
4.1.9.2.2.9.1.1 Tratamiento de biomasa
Para el tratamiento de la torta que se genera en el filtro presa se tratara con un
incinerador para la eliminación de la biomasa y posteriormente su desecho.
Datos de entrada al equipo.
Peso de los sólidos húmedos: 12500Kg
Humedad al 80%
Salida del equipo
Peso de los sólidos secos: 2500kg
Tiempo total de trabajo: 10hrs
Características del equipo a usar:
Envolvente de lámina de acero galvanizado acabado epóxico.
Sistema de combustión con doble válvula de seguridad, control automático, control contra
falla de flama, sensor de presión y control de protección térmica.
Tablero de mando equipado con control automático de temperatura y temporizadores.
Fuego sobre y por debajo del cuerpo que aumenta la eficiencia de la combustión y la
velocidad de cremación.
Quemadores ecológicos de alta eficiencia y baja generación de NOx.
Cámara secundaria integrada que elimina humos,olores y partículas con dos segundos de
retención.
Material refractario y aislante de alta calidad para 1,700 ºC.
Puertas de carga y servicio revestidas de material refractario provistas con mirillas,
seguros y doble sello cerámico.
Exclusivo diseño que evita el escurrimiento de grasa y fluido.
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Tabla 14. Ficha Técnica del Incinerador.
Datos de la Empresa que lo oferta.
Incimex
Incineradores & Crematorios
Elsa No. 84 Col. Gpe. Tepeyac, Mex, D.F. 07840
Tel/ Fax (0155) 5517-4150
(0155) 5537-7532
Planta
Fracc. Industrial Peñuelas
Santiago de Querétaro,
Qro.
Ficha Técnica
Modelo UMCC-PAT 500
Capacidad de cremación 500 Kg /hr
Cámara de ignición 850ºC
Cámara de retención 950ºC
Tiempo de residencia 2 seg
Quemadores 3
Potencia térmica máxima 1,200,000 Kcal/hr
Combustible Diesel
Gas L.P. (Max) 80 Nm3 /hr
Alimentación eléctrica 3F. 220 V
Consumo eléctrico 12.0 KW
Área mínima requerida 8 X 15 X 4 Mt
Peso del equipo 22,000 Kg
Control de emisiones 1500 LTS/Día
Este equipo requiere de los servicios de electricidad 220 V y gas L.P.
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4.1.9.2.2.9.1.2 Tratamiento de los líquidos obtenidos durante todo el proceso de la
PRODUCCIÓN DE ALBÚMINA SÉRICA HUMANA MEDIANTE Pichia pastoris.
Los Líquidos obtenidos en el proceso de la producción de albúmina sérica humana mediante pichia
pastoris, se esterilizaran para su reutilización, al ser posteriormente procesado como aguas grises
y su utilización en aguas de riego en las aéreas verdes de la empresa.
Se utilizara un tanque con chaqueta con las mismas dimensiones que el tanque de producción y las
mismas condiciones, exceptuando el incorpora miento del sistema de agitación el cual este tanque
no tendrá, este tanque estará fuera de producción.
Sera alimentado por tuberías que provendrán de los diferentes equipos de purificación y
concentración como son: Ultrafiltración, Resinas de intercambio, entre otros procesos.
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4.1.10 SERVICIOS AUXILIARES
4.1.10.1 VAPOR
Se generará dentro de la misma planta
Presión en L.B.: 313 – 475.8 – 791.7 kPa
Temperatura en L.B: 135° - 150° - 170° C
Calidad: Sin sales (Mg y Ca)
Disponibilidad: Siempre disponible
4.1.10.2 CONDENSADO
Presión mínima en L.B.: 100 kPa
Temperatura: 100 °C
4.1.10.3 AGUA DE ENFRIAMIENTO
Fuente de suministro: Suministro municipal
Sistema: Torre de enfriamiento
Entrada
- Presión en L.B.: 1 – 0.8 –0.7 atm
- Temperatura en L.B.: 15 °C
- Disponibilidad: Siempre
Salida
- Presión mínima en L.B.: 0.7 atm
- Temperatura máxima en L.B.: 32 °C
Análisis: De sales (Mg y Ca)
4.1.10.4 AGUA PARA SERVICIOS Y PARA USOS SANITARIOS (AGUA PARA LIMPIEZA Y
MANTENIMIENTO)
Fuente de suministro: Municipal
Presión en L.B.: 1 – 0.8 – 0.7 atm
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Temperatura en L.B.: 6 – 12 – 18 °C
Disponibilidad: Siempre
4.1.10.5 AGUA POTABLE
Fuente de suministro: Garrafones
Análisis químico: No necesario
Análisis Bacteriológico: No necesario
Presión en L.B.: 1 – 0.8 – 0.7 atm
Temperatura en L.B.: 8 – 12 – 15 °C
Disponibilidad: Siempre
4.1.10.6 AGUA CONTRA INCENDIOS
Presión en L.B.: 1 – 0.8 – 0.7 atm
Disponibilidad: Siempre
4.1.10.7 AGUA PARA CALDERA
Análisis: Sales (Mg, Ca)
Presión en L.B.: 1 – 0.8 – 0.7 atm
Temperatura en L.B.: 8 – 12 – 15 °C
Disponibilidad: Siempre
4.1.10.8 AGUA PARA PROCESO
Fuente de suministro: Municipal
Análisis: De dureza
Presión en L.B.: 1 – 0.8 – 0.7 atm
Temperatura en L.B.: 8 – 12 – 15 °C
Disponibilidad: Siempre
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4.1.10.9 AIRE DE INSTRUMENTOS
Suministro: Compresor
Indicar si se integrará a algún sistema fuera de L.B.:
Si: X No:
Capacidad extra requerida: No se requiere
Presión del sistema: 14 kg/cm2
Impurezas (fierro, aceite, etc.): Sin impurezas
4.1.10.10 AIRE DE PLANTA
Suministrado: Compresor Indicar si se integrará a algún sistema general fuera de L.B. Sí: X No: Presión del sistema: 14 kg/cm2
4.1.10.11 COMBUSTIBLE
4.1.10.11.1 Gas
Fuente de suministro: Suministro municipal
Naturaleza: Gas natural
Composición base húmeda: Metano 95,08; Etano 2,14; Propano 0,29; Butano 0,11;
Pentano 0,04; Hexano 0,01; Nitrógeno 1,94; Gas carbónico 0,39
Peso molecular: 16 g/mol
Densidad relativa: 0,62
Poder calorífico bajo: 39900 kJ/kg; 9032 kcal/m3
Presión en L.B.: 2 – 1.5 – 1 atm
Temperatura en L.B.: 20 – 15 – 12 °C
Disponibilidad: Siempre
4.1.10.11.2 Líquido (no se requiere)
Fuente de suministro:
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Naturaleza:
Análisis químico:
Azufre:
Carbón:
Metales:
Peso específico:
Viscosidad:
Poder calorífico bajo:
Presión en L.B.:
Temperatura en L.B.:
9.11.3 Sólido (No se requiere)
Fuente de suministro.
Naturaleza:
Composición base húmeda:
Densidad real:
Densidad aparente:
Tamaño de partícula:
Porciento de cenizas:
Porciento calorífico bajo:
Forma de entrega:
Disponibilidad:
4.1.10.12 REFRIGERACIÓN
Naturaleza del refrigerante: R-134a
Composición: CH2FCF3, 102.03 g/mol
Forma de entrega: Cilindros 1750 lb, 125 lb, 30 lb
Presión en L.B.: 2 – 1.5 – 1 atm
Temperatura en L.B.: 20 – 15 – 12 °C
Disponibilidad: Siempre
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4.1.10.13 INERTES (NO SE REQUIERE), (H2, N2, Ar, CH4)
Naturaleza:
Composición:
Forma de entrega en L.B.:
Disponibilidad:
Presión en L.B.:
4.1.10.14 ALIMENTACIÓN DE EERGÍA ELÉCTRICA
Fuente(s) de suministro: Red de distribución comercial
Interrupciones
Frecuencia: 10 veces/año
Duración máxima: 24 h
Duración promedio: 2 h
Causas: Tormentas y vientos
Tensión: 110 V, 220 V y 440 V
Número de fases: Trifásica
Frecuencia: 60 Hz
Factor de potencia, min: 0.9
Capacidad interruptiva de corto circuito: 6 kA
Número y secciones de conductores (mm2 o calibre): 4 (0.2043 in), 6 (0.162 in), 10 (0.1019) y 12
(0.08081 in)
Material del conductor y aislamiento: Cable de cobre, aislante de polietileno
Diámetro y material del ducto: 10 cm, PVC
Acometida (subterránea o aérea): Aérea
Nivel y coordenadas de la acometida: Aún sin especificar
4.1.10.15 ALIMENTACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA DE EMERGENCIA
Fuente de suministro: Generador auxiliar de emergencia
Tensión: 110 V, 220 V, 440 V
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Número de fases: Trifásica
Frecuencia: 60 Hz
Capacidad interruptiva de corto circuito: 6 kA
Número y sección de conductores (material, aislamiento): 4 (0.2043 in), 6 (0.162 in), 10 (0.1019) y
12 (0.08081 in)
Acometida (subterránea o aérea): Aérea
Nivel y coordenadas de la acometida: Aun sin especificar
4.1.10.16 TELÉFONOS
Criterio de comunicaciones externas e internas: Telefonía fija, telefonía móvil y radio
Número y sección de conductores (mm2 o calibre): 3 mm
Capacidad disponible del conmutador ( si existe): No
Acometida (subterránea o aérea): Aérea
4.1.10.17 DESFOGUE
Diámetro de cabezales en L.B.: 5 cm
Flujo máximo actual: 1 L/s
Flujo máximo posible:2 L/s
Temperatura máxima en L.B.: 115 °C
Causas de desfogue: Desechos
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4.1.11 SEGURIDAD E HIGIENE
4.1.11.1 Requisitos de seguridad en el centro de trabajo
4.1.11.1.1 Disposiciones generales
Contar con orden y limpieza permanentes en las áreas de trabajo, así como en pasillos exteriores a
los edificios, estacionamientos y otras áreas comunes del centro de trabajo, de acuerdo al tipo de
actividades que se desarrollen.
Las áreas de producción, de mantenimiento, de circulación de personas y vehículos, las zonas de
riesgo, de almacenamiento y de servicios para los trabajadores del centro de trabajo, se deben
delimitar de tal manera que se disponga de espacios seguros para la realización de las actividades
de los trabajadores que en ellas se encuentran. Tal delimitación puede realizarse con barandales;
con cualquier elemento estructural; con franjas amarillas de al menos 5 cm de ancho, pintadas o
adheridas al piso, o por una distancia de separación física.
Cuando laboren trabajadores discapacitados en los centros de trabajo, las puertas, vías de acceso
y de circulación, escaleras, lugares de servicio y puestos de trabajo, deben facilitar sus actividades
y desplazamientos.
Las escaleras, rampas, escaleras manuales, puentes y plataformas elevadas deben, además de
cumplir con lo que se indica en la presente Norma, mantenerse en condiciones tales que eviten
que el trabajador resbale al usarlas.
Los elementos estructurales tales como pisos, puentes o plataformas, entre otros, destinados a
soportar cargas fijas o móviles, deben ser utilizados para los fines a que fueron destinados. En caso
de requerir un cambio de uso, se debe evaluar si los elementos estructurales tienen la capacidad
de soportar las nuevas cargas y, en su caso, hacer las adecuaciones necesarias para evitar riesgos
de trabajo.
Los edificios y elementos estructurales deben soportar las cargas fijas o móviles de acuerdo a la
naturaleza de las actividades que en ellos se desarrollen, de tal manera que su resistencia evite
posibles fallas estructurales y riegos de impacto, para lo cual deben considerarse las condiciones
normales de operación y los eventos tanto naturales como incidentales que puedan afectarlos.
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4.1.11.1.2 Techos
Los techos del centro de trabajo deben:
a) Ser de materiales que protejan de las condiciones ambientales externas;
b) Utilizarse para soportar cargas fijas o móviles, sólo si fueron diseñados o reconstruidos
para estos fines;
c) Permitir la salida de líquidos, y
d) Soportar las condiciones normales de operación.
4.1.11.1.3 Paredes
Las paredes en los centros de trabajo deben:
a) Mantenerse con colores tales que eviten la reflexión de la luz, cuando se trate de las
caras interiores, para no afectar la visión del trabajador;
b) Utilizarse para soportar cargas sólo si fueron destinadas para estos fines, y
c) Contar con medidas de seguridad, tales como protección y señalización de las zonas de
riesgo, sobre todo cuando en ellas existan aberturas de más de dos metros de altura hacia
el otro lado de la pared, por las que haya peligro de caídas para el trabajador.
4.1.11.1.4 Pisos
Los pisos del centro de trabajo deben:
a) Mantenerse en condiciones tales que de acuerdo al tipo de actividades que se
desarrollen, no generen riesgos de trabajo;
b) Mantenerse de tal manera que los posibles estancamientos de líquidos no generen
riesgos de caídas o resbalones;
c) Ser llanos en las zonas para el tránsito de las personas;
d) Contar con protecciones tales como cercas provisionales o barandales desmontables, de
una altura mínima de 90 cm u otro medio que proporcione protección, cuando tengan
aberturas temporales de escotillas, conductos, pozos y trampas, durante el tiempo que se
requiera la abertura;
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e) Contar con señalización de acuerdo con la NOM-026-STPS-1998, donde existan riesgos
por cambio de nivel, o por las características de la actividad o proceso que en él se
desarrolle.
4.1.11.1.5 Escaleras
Las escaleras de los centros de trabajo deben cumplir con lo siguiente:
a) Tener un ancho constante de al menos 56 cm en cada tramo recto y, en ese caso, se
debe señalizar que se prohíbe la circulación simultánea en contraflujo. Las señales deben
cumplir con lo establecido en la NOM-026-STPS-1998;
b) Cuando tengan descansos, éstos deberán tener al menos 56 cm para las de tramos
rectos utilizados en un solo sentido de flujo a la vez, y de al menos 90 cm para las de ancho
superior;
c) Todas las huellas de las escaleras rectas deben tener el mismo ancho y todos los
peraltes la misma altura, con una variación máxima de ± 0.5 cm;
d) En las escaleras con cambios de dirección o en las denominadas de caracol, el peralte
debe ser siempre de la misma altura;
e) Las huellas de los escalones en sus tramos rectos deben tener una longitud mínima de
25 cm (área de contacto) y el peralte una altura no mayor a 23 cm . Las orillas de los
escalones deben ser redondeadas (sección roma o nariz roma);
f) La distancia libre medida desde la huella de cualquier escalón, contemplando los niveles
inferior y superior de la escalera y el techo, o cualquier superficie superior, debe ser mayor
a 200 cm;
g) Las huellas de los escalones deben contar con materiales antiderrapantes.
4.1.11.1.5.1 Escaleras de emergencia exteriores
Las escaleras de emergencia exteriores deben contar con las siguientes condiciones:
a) Ser de diseño recto en sus secciones o tramos;
b) En todo momento, ser operadas sin que existan medios que obstruyan u obstaculicen
su accionamiento;
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c) Por cada piso, tener un acceso directo a ellas a través de una puerta de salida que se
encuentre al mismo nivel;
d) Ser diseñadas de tal forma que drenen con facilidad los líquidos que en ellas pudieran
caer y eviten su acumulación;
e) Que los pisos y huellas sean resistentes y de material antiderrapante y, en su caso,
contar con descansos;
f) Estar fijas en forma permanente en todos los pisos excepto en el inferior, en el que se
pueden instalar plegables. En este último caso, deben ser de diseño tal que al accionarlas
bajen hasta el suelo;
g) Estar señalizadas en sus accesos conforme a lo establecido en la NOM-026-STPS-1998, y
h) Contar con puertas de acceso, a las que se les dé mantenimiento periódico para evitar
su deterioro por el transcurso del tiempo y para garantizar su operación en cualquier
momento. Se deben registrar los mantenimientos realizados a las puertas de acceso al
menos una vez cada seis meses. Los registros deben contener al menos las fechas de
realización del mantenimiento, el tipo de mantenimiento realizado, y los nombres y firmas
de las personas involucradas en tal actividad.
i) Sus puertas de acceso deben abrir en la dirección normal de salida de las personas;
j) Sus cerrojos deben ser de naturaleza tal que abran fácilmente desde adentro;
k) Contar, en cada puerta, con su respectivo cierre automático y que permita el libre flujo
de las personas durante una emergencia;
4.1.11.1.5.2 Escaleras con barandales con espacios abiertos.
Las escaleras con barandales que cuenten con espacios abiertos por debajo de ellos, deben tener
al menos una baranda dispuesta paralelamente a la inclinación de la escalera, y cumplir con lo
siguiente:
a) El pasamanos debe estar a una altura de 90 cm ± 10 cm;
b) Las barandas deben estar colocadas a una distancia intermedia entre el barandal y la
paralela formada con la altura media del peralte de los escalones. Los balaustres deben
estar colocados, en este caso, cada cuatro escalones;
c) En caso de no colocar baranda, colocar balaustres en cada escalón;
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d) Los pasamanos deben ser continuos, lisos y pulidos;
e) En caso de contar con pasamanos sujetos a la pared, éstos deben estar fijados por
medio de anclas aseguradas en la parte inferior;
f) Las anclas referidas en el inciso anterior deben estar empotradas en la pared y tener la
longitud suficiente para que exista un espacio libre de por lo menos 4 cm entre los
pasamanos y la pared o cualquier saliente, y no se interrumpa la continuidad de la cara
superior y el costado del pasamanos;
g) Cuando las escaleras tengan un ancho de 3 m o más, deben contar con un barandal
intermedio y uno en los extremos;
h) Cuando las escaleras estén cubiertas con muros en sus dos costados, deben contar al
menos con un pasamanos, y
i) Las edificaciones deben tener siempre escaleras o rampas peatonales que comuniquen
entre nivel y nivel todos sus niveles, aun cuando existan elevadores o escaleras eléctricas.
4.1.11.1.6 Rampas
Las rampas que se utilicen en el centro de trabajo deben cumplir con las siguientes condiciones:
a) Las cargas que por ellas circulen no deben sobrepasar la resistencia para la que fueron
destinadas;
b) No deben tener deformaciones que generen riesgos a los transeúntes o vehículos que
por ellas circulen, sin importar si son fijas o móviles. En las rampas móviles se deberá
indicar la capacidad de carga máxima;
c) Las que se utilicen para el tránsito de trabajadores, deben tener una pendiente máxima
de 10%; si son para mantenimiento deben tener una pendiente máxima de 17%, de
acuerdo con la siguiente ecuación:
P = (H/L) x 100
donde:
P = pendiente, en tanto por ciento.
H = altura desde el nivel inferior hasta el superior, medida sobre la vertical, en cm.
L = longitud de la proyección horizontal del plano de la rampa, en cm.
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d) Deben tener el ancho suficiente para ascender y descender sin que se presenten
obstrucciones en el tránsito de los trabajadores;
e) Cuando estén destinadas al tránsito de vehículos, deben ser igual al ancho del vehículo
más grande que circule por la rampa más 60 cm;
f) Cuando la altura entre el nivel superior e inferior exceda de 150 cm, deben contar con
barandal de protección lateral;
g) Cuando se encuentren cubiertas por muros en sus dos costados, deben tener al menos
un pasamanos. No aplica esta disposición cuando la rampa se destine sólo a tránsito de
vehículos;
h) La distancia libre medida desde cualquier punto de la rampa al techo, o cualquier otra
superficie superior sobre la vertical del punto de medición, debe ser mayor a 200 cm.
Cuando estén destinados al tránsito de vehículos, debe ser igual a la altura del vehículo
más alto que circule por la rampa más 30 cm, como mínimo. Se debe contar con
señalamientos que indiquen estas alturas, y
i) En las partes abiertas deben contar con zoclos de al menos 10 cm o cualquier otro
elemento físico que cumpla con la función de protección.
4.1.11.1.7 Escalas
4.1.11.1.7.1 Escalas fijas
a) Deben ser de materiales cuya resistencia mecánica sea capaz de soportar las cargas de
las actividades para las que son destinadas y estar protegidas, en su caso, de las
condiciones ambientales;
b) Los anclajes deben ser suficientes para soportar el peso de los trabajadores que las
utilicen;
c) Cuando se requiera, deben existir indicaciones sobre restricciones de su uso;
d) Deben tener un ancho mínimo de 40 cm, y cuando su altura sea mayor a 250 cm el
ancho mínimo será de 50 cm;
e) La distancia entre peldaños no debe ser mayor de 38 cm;
f) La separación entre el frente de los peldaños y los objetos más próximos al lado del
ascenso, debe ser por lo menos de 75 cm;
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g) En el lado opuesto al de ascenso, la distancia entre los peldaños y objetos sobresalientes
debe ser por lo menos de 20 cm;
h) Deben tener espacios libres de por lo menos 18 cm, medidos en sentido transversal y
hacia afuera en ambos lados de la escala;
i) Al medir la inclinación de la escala desde la parte opuesta a la de ascenso, con respecto
al piso, ésta debe estar comprendida entre 75 y 90 grados;
j) Deben contar con protección circundante de un diámetro de dimensiones tales que
permita el ascenso y descenso de los trabajadores de forma segura a partir de 200 cm ±
20 cm del piso y, al menos, hasta 90 cm por encima del último nivel o peldaño al que se
asciende;
k) Cuando la altura sea mayor a 6 m, debe permitir el uso de dispositivos de seguridad,
tales como línea de vida;
l) Deben tener descansos por lo menos cada 10 m de altura y éstos deben contar con
barandal de protección lateral, con una altura mínima de 90 cm, intercalando las secciones,
a excepción de las escalas de las chimeneas;
m) En caso de contar con estructuras laterales para el soporte de los peldaños, éstas
deben prolongarse por encima del último nivel de acceso de la escala por lo menos 90 cm,
ser continuas y mantenerse en tal estado que no causen lesiones en las manos de los
trabajadores, y permitir el ascenso y descenso seguro, y
n) Las escalas fijas, cuyos peldaños son alcayatas incrustadas o soldadas de forma
alternada a ambos costados en los postes que soportan cables de telefonía o de energía
eléctrica, deben cumplir con las siguientes condiciones:
i. Los peldaños deben ser de materiales con resistencia a la corrosión y resistencia
mecánica suficiente para soportar el peso del trabajador;
ii. Las distancias entre alcayatas de un mismo costado no deben ser superiores a
90 cm, de tal manera que entre alcayatas alternadas las distancias sean iguales o
menores a 45 cm;
iii. La alcayata debe sobresalir al menos 20 cm del lugar empotrado o soldado,
para soportar al trabajador, y
iv. La alcayata debe ser lisa para evitar daños en las manos de los trabajadores.
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4.1.11.1.7.2 Escalas móviles (escaleras portátiles).
Las escalas móviles deben cumplir con los requerimientos de dimensiones establecidos para
escalas fijas, en lo que se refiere al ancho, espacios libres y distancias entre peldaños.
Las correderas y guías sobre las que se desplacen las escalas móviles que cuenten con ellas, así
como los materiales utilizados en su construcción, deben ser capaces de soportar las cargas
máximas a las que serán sometidos y ser compatibles con la operación a la que se destinen.
Para las escalas portátiles, debe preverse en su uso que la inclinación cumpla con la siguiente
condición: que la separación del punto de apoyo de la escalera en su base con respecto a la
vertical, corresponda a una distancia mínima equivalente de un peldaño por cada cuatro peldaños
de altura.
Sólo se debe permitir el uso de escalas móviles cuando presenten:
a) Condiciones de seguridad en su estructura;
b) Peldaños completos y fijos;
c) Materiales o características antiderrapantes en los apoyos y peldaños (travesaños), y
d) Peldaños libres de grasa, aceite u otro producto que los haga resbalosos.
En la realización de trabajos eléctricos, se permite el uso de escalas móviles de material metálico,
si están aisladas en sus apoyos y peldaños (travesaños).
Las escalas móviles deben contar con elementos que eviten el deslizamiento de su punto de
apoyo o, en su caso, anclarse o sujetarse.
4.1.11.1.8 Puentes y plataformas elevadas
Cuando estén abiertos en sus costados, deben contar con barandales de al menos 90 cm ± 10 cm
de altura.
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La distancia libre medida sobre la superficie del piso de los pasadizos o plataformas elevadas por
los que circulan trabajadores y el techo, o cualquier superficie superior, no debe ser menor de 200
cm.
4.1.11.1.8.1 Condiciones de seguridad en el funcionamiento de los sistemas de ventilación
artificial
Cuando se utilicen sistemas de ventilación artificial, éstos deben cumplir con lo siguiente:
El aire que se extrae no debe contaminar otras áreas en donde se encuentren laborando otros
trabajadores.
El sistema debe iniciar su operación antes de que ingresen los trabajadores al área
correspondiente para permitir la purga de los contaminantes.
Contar con un programa anual de mantenimiento preventivo o correctivo, a fin de que el sistema
esté en condiciones de uso. El contenido del programa y los resultados de su ejecución deben
conservarse por un año y estar registrados en bitácoras o cualquier otro medio, incluyendo los
magnéticos.
4.1.11.1.8.2 Requisitos de seguridad para el tránsito de vehículos
El ancho de las puertas donde circulen vehículos deberá ser superior al ancho del vehículo más
grande que circule por ellas. Cuando éstas se destinen simultáneamente al tránsito de vehículos y
trabajadores, deben contar con un pasillo que permita el tránsito seguro del trabajador,
delimitado o señalado mediante franjas amarillas en el piso o en guarniciones.
En caso de no contar con el espacio a que se refiere el inciso anterior, se debe colocar al menos un
señalamiento de prohibición para el tránsito simultáneo.
Las áreas internas de tránsito de vehículos deben estar delimitadas o señalizadas. Las externas
deben estar identificadas o señalizadas.
Las áreas de carga y descarga deben estar delimitadas o señalizadas.
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Las vías de ferrocarril que se encuentren dentro de los centros de trabajo, deben contar con
señalizaciones. Para los cruces de las vías debe existir algún control del riesgo a través de
señalamientos, barreras, guardabarreras o sistemas de aviso audibles o visibles.
El nivel de piso en ambos lados de los cruceros de las vías de ferrocarril, debe permitir el cruce
libre de los vehículos para evitar que queden detenidos sobre la misma.
En su caso, los cambiavías deben contar con la señalización correspondiente para ubicar su
posición; asimismo, los árboles de cambio deben contar con los dispositivos de seguridad para que
sólo personal autorizado pueda operarlo.
En las operaciones de carga y descarga de vehículos se deben adoptar las medidas siguientes:
a) Frenar y bloquear las ruedas de los vehículos, cuando éstos se encuentren detenidos, y
b) En el caso de muelles para carga y descarga de tráileres o autotanques, bloquear por lo
menos una de las llantas en ambos lados del vehículo y colocar un yaque para
inmovilizarlo cuando esté siendo cargado o descargado.
La velocidad máxima de circulación de los vehículos debe estar señalizada en las zonas de carga y
descarga, en patios de maniobras, en establecimientos y en otras áreas de acuerdo al tipo de
actividades que en ellas se desarrollen para que sea segura la circulación de trabajadores, personal
externo y vehículos. Es responsabilidad del patrón fijar los límites de velocidad de los vehículos
para que su circulación no sea un factor de riesgo en el centro de trabajo.
4.1.11.2 Tipo de Señales
Las señales de seguridad e higiene se clasifican en señales de: Prohibición, Advertencia o
Precaución, Obligación e Información.
4.1.11.2.1 Formas Geométricas y Uso
Las formas geométricas de las señales de seguridad y su uso se especifican en la tabla No. 15.
Colores y su Aplicación
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Los colores que deben utilizarse en la elaboración de señales de seguridad e higiene, se clasifican
en colores de seguridad y colores contrastantes.
Los colores de seguridad no deben ser utilizados en señales distintas a las contempladas en esta
norma.
Colores de Seguridad.- Los colores de seguridad y sus usos asociados a éstos, son los que se
especifican en la tabla No. 15 “Guía de selección para señales de seguridad”.
Colores Contrastantes. - Se deben usar como contrastantes a los colores de seguridad, el negro, el
blanco y el magenta, aplicados como se describe en la columna COLOR DEL SIMBOLO de la
siguiente tabla “Guía de selección para señales de seguridad”.
Tabla 15. Guía de selección para señales de seguridad
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4.1.12 CIVILES Y ARQUITECTÓNICOS
Se define más adelante en el proyecto.
4.1.13 ELÉCTRICOS
Se define más adelante en el proyecto.
4.2 DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESO
Se encuentra en el disco de trabajo en un formato de Autocad 2010
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4.3 DESCRIPCION DETALLADA DEL PROCESO
La planta de producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (HSAr) tendrá una capacidad
instalada de 12 kg de producto por semana, se trabajarán 3 turnos de 8 horas cada uno y la
semana laboral será de 7 días. La presentación comercial será en bolsas de plástico de polietileno
con 1 kg de producto.
El bioproceso está dividido en tres etapas, distribuidas en las siguientes áreas de la planta: área de
producción (Área 100), área de recuperación (Área 200) y área purificación (Área 300).
4.3.1 ÁREA DE ALMACENAMIENTO
La planta dispondrá de un espacio libre para el acceso de pipas, carros tanque o cualquier otro tipo
de transporte y entrega de las materias primas en estado sólido y líquido. Las materias primas
pueden ser recibidas en tambos, garrafones, costales u otro tipo de envase.
4.3.2 ÁREA DE PRODUCCIÓN
Se inicia la preparación de medio semilla, llenando el tanque F-080 con agua de proceso (corriente
1). Se adiciona: glucosa (corriente 2), peptona (corriente 5), extracto de levadura (corriente 3) y
sales (corriente 4), evitando la formación de grumos. Durante esta etapa, se inicia la agitación a
una velocidad de 266 rpm para homogenizar el medio. Una vez agitado el medio, se descarga el
tanque F-080 a través de la bomba L-081 y es enviado (corriente 6) al tanque semilla M-090. Se
inicia el ciclo de esterilización suministrando vapor saturado (corriente 98; 135 ºC) a un flujo de
82.22 lb/min a la chaqueta para calentar el medio de cultivo hasta una temperatura de 121 ºC en
un tiempo estimado de 49 min, mantener esta temperatura durante 15 min. El retorno de
condensado se envía de regreso a la caldera (corriente 99); después se hace circular agua de
enfriamiento (corriente 100; 15 ºC) por la chaqueta a un flujo de 300 lb/min hasta una
temperatura de 35 ºC, lo cual se estima que durará un tiempo de 79.26 min; el retorno de agua de
enfriamiento (corriente 101) se envía a la torre de enfriamiento para su reuso. Posteriormente se
agrega el inóculo (corriente 7) y se opera en lote durante 45 h, de manera simultánea se
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suministra aire estéril (corriente 110) al tanque M-090 a un flujo de aire de 17 500 L/min (3 vvm),
eliminado los exhaustos (corriente 111). Se hace circular agua de enfriamiento (corriente 102; 10
ºC) al tanque de semilla M-090 por la chaqueta hasta una temperatura de 35 ºC, el retorno de agua
de enfriamiento (corriente 103) se envía a la torre de enfriamiento para su reuso.
Mientras se lleva a cabo este cultivo en lote, se prepara el medio de cultivo para el tanque de
producción M-100. Se llena el tanque F-080 con agua de proceso (corriente 8), se adiciona: glucosa
(corriente 9), peptona (corriente 12), extracto de levadura (corriente 10) y sales (corriente 11),
evitando la formación de grumos. Durante esta etapa, se inicia la agitación a una velocidad de 120
rpm para homogenizar el medio. Una vez agitado el medio, se descarga el tanque F-080 a través
de la bomba L-081 y es enviado (corriente 13) al tanque de producción M-100 hasta un volumen
de 25 m3. Se inicia el ciclo de esterilización suministrando vapor saturado (corriente 104; 150 ºC) a
un flujo de 165.9 lb/min a la chaqueta para calentar el medio de cultivo hasta una temperatura de
121 ºC en un tiempo estimado de 124.4 min, mantener esta temperatura durante 15 min. El
retorno de condensado se envía de regreso a la caldera (corriente 105); después se hace circular
agua de enfriamiento (corriente 106; 15 ºC) por la chaqueta a un flujo de 350 lb/min hasta una
temperatura de 35 ºC, lo cual se estima que durará un tiempo de 240 min; el retorno de agua de
enfriamiento (corriente 107) se envía a la torre de enfriamiento para su reuso. Una vez terminado
el cultivo del tanque semilla M-090 se presuriza dicho tanque para inocular (corriente 14) el medio
de cultivo del tanque de producción M-100 y se opera en lote durante 45 h; de manera simultánea
se suministra aire estéril (corriente 112) al tanque M-100 a un flujo de aire de 70 000 L/min (1.4
vvm), eliminando los exhaustos (corriente 113). Se hace circular agua de enfriamiento (corriente
108; 10 ºC) al tanque de producción M-100 por la chaqueta hasta una temperatura de 35 ºC, el
retorno de agua de enfriamiento (corriente 109) se envía a la torre de enfriamiento para su reuso.
Por otra parte, mientras se lleva a cabo este cultivo en lote en el tanque M-100, se prepara el
medio de cultivo para la alimentación del tanque de producción M-100. Se llena el tanque F-080
con agua de proceso (corriente 15), se adiciona: glucosa (corriente 16), peptona (corriente 19),
extracto de levadura (corriente 17) y sales (corriente 18), evitando la formación de grumos.
Durante esta etapa, se inicia la agitación a una velocidad de 140 rpm para homogenizar el medio.
Una vez agitado el medio, se descarga el tanque F-080 a través de la bomba L-081 y es enviado
(corriente 20) al intercambiador de calor de placas F-082 hasta llegar intercambiador de placas F-
083 inyectando a este vapor saturado (corriente 116; 170 ºC) para calentar el medio de cultivo
hasta una temperatura de 163 ºC, el retorno de condensado se envía de regreso a la caldera
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(corriente 117) para su reuso. El medio de cultivo fresco caliente (corriente 22) pasa al brazo de
sostenimiento que consta de una tubería aislada de 1’’ de diámetro y 25 m de longitud,
manteniendo una temperatura de 163 ºC durante 0.7 s, con lo cual el medio queda estéril.
Posteriormente se hace pasar por el intercambiador de placas F-082 (corriente 22) para que ceda
calor el medio estéril al medio de cultivo fresco (corriente 20) que está entrando al ciclo de
esterilización (corriente 21) en el intercambiador de placas F-083. Finalmente el medio de cultivo
se envía (corriente 23) al intercambiador de placas F-084 para el enfriamiento del medio hasta una
temperatura de 35 ºC; para ello se inyecta agua de enfriamiento (corriente 114, 15 ºC),
retornando agua de enfriamiento (corriente 115) a la torre de enfriamiento para su reuso. El
medio de cultivo fresco estéril se alimentará (corriente 24) bajo este sistema al tanque de
producción M-100, durante 26 h llegando a un volumen final de 50 m3.
4.3.3 ÁREA DE RECUPERACIÓN
El caldo de fermentación agotado se descarga mediante la bomba L-101 (corriente 25) en un
tiempo de 15 minutos hacia el tanque de balance F-110. Posteriormente el medio agotado se
transfiere (corriente 26) por medio de la bomba L-111 hacia las centrifugas de discos D-200 a D-
208 conectadas en paralelo para retirar el concentrado y recuperar el líquido que contiene la HSAr.
De las centrifugas de discos D-200 a D-208, el producto filtrado (corriente 27) pasa al tanque de
llenado F-210; también se obtiene un residuo sólido de los discos, los cuales son enviados al
tratamiento de residuos para su disposición final (corriente 28). En este punto, se pierde producto
debido a la humedad de los sólidos (80% de humedad). Este procedimiento se lleva a cabo durante
un turno de 7.82 h. La concentración final de 4.21 g/L
El filtrado contenido en el tanque F-210 se envía (corriente 29) a través de la bomba L-211 al
módulo de ultrafiltración D-212. La solución concentrada se hace circular (corriente 30) al tanque
F-210. Se envía nuevamente la solución con proteína concentrada (corriente 29) al módulo de
ultrafiltración D-212 por medio de la bomba L-211 hasta alcanzar una concentración de --- g/L. El
permeado se envía a los desechos (corriente 31).
Mientras se lleva a cabo cada proceso de ultrafiltración, se preparan las columnas de
cromatografía para la purificación de la HSAr. En la columna de intercambio catiónico H-220, se
realiza un lavado con solución Buffer A (corriente 32) por medio de la bomba L-224, equivalente a
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2 volúmenes de la columna (CV), la solución de lavado se envía al tratamiento de desechos
(corriente 33). El filtrado contenido en el tanque F-210 se envía a la columna de intercambio
catiónico H-220 (corriente 34) por medio de la bomba L-211, el agua residual es enviada a los
desechos (corriente 35). Se eluye el material no ligado con 3 CV de buffer A (corriente 36) por
medio de la bomba L-224, los desechos se retiran (corriente 37). La desorción de la proteína se
lleva a cabo con 5 CV de buffer B (corriente 38) por medio de la bomba L-224, transfiriendo la
solución con proteína separada del medio agotado (corriente 39) al tanque F-221. La columna de
intercambio catiónico H-220 se lava con buffer E (corriente 40), equivalente 2 CV, por medio de la
bomba L-224. Los desechos de lavado son retirados (corriente 41). Se realiza un segundo lavado
con agua desionizada (corriente 42), equivalente a 4 CV, por medio de la bomba L-224. Los
desechos son retirados (corriente 43).
La solución de HSAr desorbida almacenada en el tanque F-221 se envía (corriente 44) a través de
la bomba L-222 al módulo de ultrafiltración D-223. La solución concentrada se hace circular
(corriente 45) al tanque F-221. Se envía nuevamente la solución con proteína concentrada
(corriente 44) al módulo de ultrafiltración D-223 por medio de la bomba L-222 hasta alcanzar una
concentración de 211.96 g/L. El permeado se envía a los desechos (corriente 46). Se realiza la
diafiltración agregando 5 veces el volumen de agua (corriente 47) al tanque F-221 pasando
posteriormente la solución (corriente 48) al módulo de ultrafiltración D-223, la solución diafiltrada
(corriente 49) se almacena en el tanque F-221. Los desechos (corriente 50) son retirados.
Se prepara la columna de interacción hidrofóbica H-230 mediante un equilibrio con 3 CV de buffer
C (corriente 51) por medio de la bomba L-234, retirando la solución de desecho (corriente 52). El
concentrado almacenado en el tanque F-221 se envía (corriente 53) por medio de la bomba L-222
a la columna de cromatografía de interacción hidrofóbica H-230, desechando los residuos
(corriente 54). Nuevamente se hace pasar 2 CV de buffer C (corriente 55) por medio de la bomba
L-234. Transfiriendo la solución (corriente 56) al tanque F-231. La proteína se eluye nuevamente
con 2 CV de agua desionizada (corriente 57). Se transfiere la solución de proteína (corriente 58) al
tanque F-231. La columna de interacción hidrofóbica H-230 se lava con buffer E (corriente 59),
equivalente 2 CV, por medio de a bomba L-234. Los desechos de lavado son retirados (corriente
60). Se realiza un segundo lavado con agua desionizada (corriente 61), equivalente a 4 CV, por
medio de la bomba L-234. Los desechos son retirados (corriente 62).
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La solución de HSAr desorbida almacenada en el tanque F-231 se envía (corriente 63) a través de
la bomba L-232 al módulo de ultrafiltración D-233. La solución concentrada se hace circular
(corriente 64) al tanque F-231. Se envía nuevamente la solución con proteína concentrada
(corriente 63) al módulo de ultrafiltración D-233 por medio de la bomba L-232 hasta alcanzar una
concentración de 348.44 g/L. El permeado se envía a los desechos (corriente 65). Se realiza la
diafiltración agregando 5 veces el volumen de agua (corriente 66) al tanque F-231 pasando
posteriormente la solución (corriente 67) al módulo de ultrafiltración D-233, la solución diafiltrada
(corriente 68) se almacena en el tanque F-231. Los desechos (corriente 69) son retirados.
4.3.4 ÁREA DE PURIFICACIÓN
El último proceso para la purificación de la HSA es otro proceso de cromatografía, pero esta vez de
intercambio aniónico, en la columna H-240. Se prepara la columna de intercambio aniónico H-240
mediante un lavado con 2 CV de agua desionizada (corriente 70) por medio de la bomba L-244,
retirando la solución de desecho (corriente 71). Posteriormente se lava con 5 CV de buffer C
(corriente 74) para equilibrar, los desechos se retiran (corriente 73). El concentrado almacenado
en el tanque F-231 se envía (corriente 72) por medio de la bomba L-232 a la columna de
cromatografía de intercambio aniónico H-240, retirando el líquido sin proteína (corriente 75).
Nuevamente se hace pasar 6 CV de buffer C (corriente 82), los desechos de lavado son retirados
(corriente 77). Se eluye la proteína con NaCl 2 M (corriente 78) por medio de la bomba L-244. Se
transfiere la solución de proteína (corriente 79) al tanque F-241. El líquido libre de la proteína se
desecha (corriente 81). La columna de intercambio aniónico H-240 se lava con buffer E (corriente
80), equivalente 2 CV, por medio de la bomba L-244. Los desechos de lavado son retirados
(corriente 83). Se realiza un segundo lavado con agua desionizada (corriente 76), equivalente a 4
CV, por medio de la bomba L-244. Los desechos son retirados (corriente 85).
La solución de HSAr desorbida almacenada en el tanque F-241 se envía (corriente 86) a través de
la bomba L-242 al módulo de ultrafiltración D-243. La solución concentrada se hace recircular
(corriente 87) al tanque F-241. Se envía nuevamente la solución con proteína concentrada
(corriente 86) al módulo de ultrafiltración D-243 por medio de la bomba L-242 hasta alcanzar una
concentración de 348.73 g/L. El permeado se envía a los desechos (corriente 88). Se realiza la
diafiltración agregando 5 veces el volumen de agua (corriente 89) al tanque F-241 pasando
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posteriormente la solución (corriente 90) al módulo de ultrafiltración D-243, la solución diafiltrada
(corriente 91) se almacena en el tanque F-241. Los desechos (corriente 92) son retirados.
Por último se transfiere el concentrado (corriente 93) por medio de la bomba L-242 al precipitador
para obtener la proteína, seguida de una separación en una centrifuga, operaciones de secado,
molido y finalmente empacado y etiquetado.
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4.4 MEMORIA DEL BALANCE DE MATERIA Y CALOR DEL PROCES0
4.4.1 BALANCE DE MATERIA
4.4.1.1 BALACE EN EL TANQUE DE MEDIO F-080
4.4.1.1.1 PARA EL LOTE DE 4500 L
Balance en el tanque de medio F-080
Para el tanque de medio F-080, se deben preparar 3 lotes de medio de cultivo que seran
distribuidos al tanque semilla M-090 (4500L), tanque de produccion M-100 para etapa
lote (20000L) y para etapa de cultivo alimentado 25000L.
En todos los casos, las concentraciones de los compuestos son las siguientes:
Glucosa
Glu 0.02:= en kg/L
Extracto de levadura
Extlev 0.01:= en kg/L
Sales
Sales 0.04:= en kg/L
Peptona
Peptona 0.02:= en kg/L
Si bien los lotes deben ser de los vulmenes especificados, la cantidad de masa de los
compuestos deberá estar hecha para los primeros dos lotes en base a volumenes de 5000L
y de 25000L.
Para el lote de 4500L:
Glu4500 Glu 5000:= Glu4500 100= en kg
Extlev4500 Extlev 5000:= Extlev4500 50= en kg
Sales4500 Sales 5000:= Sales4500 200= en kg
Peptona4500 Peptona 5000:= Peptona4500 100= en kg
Para los volumenes de cada compuesto, se consideran las densidades
glu 1540:= en kg/m3
ext 1050:= en kg/m3
sales 2200:= en kg/m3
pep 1346:= en kg/m3
Las corrientes en volumen quedan como sigue:
C2Glu4500
glu1000:= C2 65= en L
C3Extlev4500
ext1000:= C3 48= en L
Balance en el tanque de medio F-080
Para el tanque de medio F-080, se deben preparar 3 lotes de medio de cultivo que seran
distribuidos al tanque semilla M-090 (4500L), tanque de produccion M-100 para etapa
lote (20000L) y para etapa de cultivo alimentado 25000L.
En todos los casos, las concentraciones de los compuestos son las siguientes:
Glucosa
Glu 0.02:= en kg/L
Extracto de levadura
Extlev 0.01:= en kg/L
Sales
Sales 0.04:= en kg/L
Peptona
Peptona 0.02:= en kg/L
Si bien los lotes deben ser de los vulmenes especificados, la cantidad de masa de los
compuestos deberá estar hecha para los primeros dos lotes en base a volumenes de 5000L
y de 25000L.
Para el lote de 4500L:
Glu4500 Glu 5000:= Glu4500 100= en kg
Extlev4500 Extlev 5000:= Extlev4500 50= en kg
Sales4500 Sales 5000:= Sales4500 200= en kg
Peptona4500 Peptona 5000:= Peptona4500 100= en kg
Para los volumenes de cada compuesto, se consideran las densidades
glu 1540:= en kg/m3
ext 1050:= en kg/m3
sales 2200:= en kg/m3
pep 1346:= en kg/m3
Las corrientes en volumen quedan como sigue:
C2Glu4500
glu1000:= C2 65= en L
C3Extlev4500
ext1000:= C3 48= en L
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4.4.1.1.2 PARA EL LOTE DE 2000 L
Balance en el tanque de medio F-080
Para el tanque de medio F-080, se deben preparar 3 lotes de medio de cultivo que seran
distribuidos al tanque semilla M-090 (4500L), tanque de produccion M-100 para etapa
lote (20000L) y para etapa de cultivo alimentado 25000L.
En todos los casos, las concentraciones de los compuestos son las siguientes:
Glucosa
Glu 0.02:= en kg/L
Extracto de levadura
Extlev 0.01:= en kg/L
Sales
Sales 0.04:= en kg/L
Peptona
Peptona 0.02:= en kg/L
Si bien los lotes deben ser de los vulmenes especificados, la cantidad de masa de los
compuestos deberá estar hecha para los primeros dos lotes en base a volumenes de 5000L
y de 25000L.
Para el lote de 4500L:
Glu4500 Glu 5000:= Glu4500 100= en kg
Extlev4500 Extlev 5000:= Extlev4500 50= en kg
Sales4500 Sales 5000:= Sales4500 200= en kg
Peptona4500 Peptona 5000:= Peptona4500 100= en kg
Para los volumenes de cada compuesto, se consideran las densidades
glu 1540:= en kg/m3
ext 1050:= en kg/m3
sales 2200:= en kg/m3
pep 1346:= en kg/m3
Las corrientes en volumen quedan como sigue:
C2Glu4500
glu1000:= C2 65= en L
C3Extlev4500
ext1000:= C3 48= en L
C4Sales4500
sales1000:= C4 91= en L
C5Peptona4500
pep1000:= C5 74= en L
La cantidad de agua a usar
C1 4500 C2 C3+ C4+ C5+( )-:= C1 4222= en L
La corriente de salida de este tanque es la corriente 6, que se dirige el tanque de medio
C6 C1 C2+ C3+ C4+ C5+:= C6 4500= en L
Para el lote de 20000L
Glu25000 Glu 25000:= Glu25000 500= en kg
Extlev25000 Extlev 25000:= Extlev25000 250= en kg
Sales25000 Sales 25000:= Sales25000 1000= en kg
Peptona25000 Peptona 25000:= Peptona25000 500= en kg
C9Glu25000
glu1000:= C9 325= en L
C10Extlev25000
ext1000:= C10 238= en L
C11Sales25000
sales1000:= C11 455= en L
C12Peptona25000
pep1000:= C12 371= en L
La cantidad de agua a usar
C8 20000 C9 C10+ C11+ C12+( )-:= C8 18611= en L
La corriente de salida de este tanque es la corriente 6, que se dirige el tanque de medio
C13 C8 C9+ C10+ C11+ C12+:= C13 20000= en L
Para el lote de 20000L
Glu25000a Glu 25000:= Glu25000a 500= en kg
Extlev25000a Extlev 25000:= Extlev25000a 250= en kg
Sales25000a Sales 25000:= Sales25000a 1000= en kg
C4Sales4500
sales1000:= C4 91= en L
C5Peptona4500
pep1000:= C5 74= en L
La cantidad de agua a usar
C1 4500 C2 C3+ C4+ C5+( )-:= C1 4222= en L
La corriente de salida de este tanque es la corriente 6, que se dirige el tanque de medio
C6 C1 C2+ C3+ C4+ C5+:= C6 4500= en L
Para el lote de 20000L
Glu25000 Glu 25000:= Glu25000 500= en kg
Extlev25000 Extlev 25000:= Extlev25000 250= en kg
Sales25000 Sales 25000:= Sales25000 1000= en kg
Peptona25000 Peptona 25000:= Peptona25000 500= en kg
C9Glu25000
glu1000:= C9 325= en L
C10Extlev25000
ext1000:= C10 238= en L
C11Sales25000
sales1000:= C11 455= en L
C12Peptona25000
pep1000:= C12 371= en L
La cantidad de agua a usar
C8 20000 C9 C10+ C11+ C12+( )-:= C8 18611= en L
La corriente de salida de este tanque es la corriente 6, que se dirige el tanque de medio
C13 C8 C9+ C10+ C11+ C12+:= C13 20000= en L
Para el lote de 20000L
Glu25000a Glu 25000:= Glu25000a 500= en kg
Extlev25000a Extlev 25000:= Extlev25000a 250= en kg
Sales25000a Sales 25000:= Sales25000a 1000= en kg
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4.4.1.2 BALANCE EN EL TANQUE SEMILLA M-090
C4Sales4500
sales1000:= C4 91= en L
C5Peptona4500
pep1000:= C5 74= en L
La cantidad de agua a usar
C1 4500 C2 C3+ C4+ C5+( )-:= C1 4222= en L
La corriente de salida de este tanque es la corriente 6, que se dirige el tanque de medio
C6 C1 C2+ C3+ C4+ C5+:= C6 4500= en L
Para el lote de 20000L
Glu25000 Glu 25000:= Glu25000 500= en kg
Extlev25000 Extlev 25000:= Extlev25000 250= en kg
Sales25000 Sales 25000:= Sales25000 1000= en kg
Peptona25000 Peptona 25000:= Peptona25000 500= en kg
C9Glu25000
glu1000:= C9 325= en L
C10Extlev25000
ext1000:= C10 238= en L
C11Sales25000
sales1000:= C11 455= en L
C12Peptona25000
pep1000:= C12 371= en L
La cantidad de agua a usar
C8 20000 C9 C10+ C11+ C12+( )-:= C8 18611= en L
La corriente de salida de este tanque es la corriente 6, que se dirige el tanque de medio
C13 C8 C9+ C10+ C11+ C12+:= C13 20000= en L
Para el lote de 20000L
Glu25000a Glu 25000:= Glu25000a 500= en kg
Extlev25000a Extlev 25000:= Extlev25000a 250= en kg
Sales25000a Sales 25000:= Sales25000a 1000= en kg
Peptona25000a Peptona 25000:= Peptona25000a 500= en kg
C16Glu25000a
glu1000:= C16 325= en L
C17Extlev25000a
ext1000:= C17 238= en L
C18Sales25000a
sales1000:= C18 455= en L
C19Peptona25000a
pep1000:= C19 371= en L
La cantidad de agua a usar
C15 25000 C16 C17+ C18+ C19+( )-:= C15 23611= en L
La corriente de salida de este tanque es la corriente 6, que se dirige al los
intercambiadores
C20 C16 C17+ C18+ C19+ C15+:= C20 25000= en L
Balance en el tanque semilla M-090
En este tanque, el volumen de semilla será de 5000L, de forma que la corriente 7 de
inoculo es:
C7 5000 C6-:= C7 500= en L
suponiendo que este inoculo tiene una cncentracion adecuada de biomasa, la
concentracion de producto será de 0.12 g/L
Conproductoinoculo 0.12:= en g/L
la masa de producto en este punto C7
Mproducto7 Conproductoinoculo C7:= Mproducto7 60= en g
La corriente de semilla con que se inoculara en tanque de produccion corresponde a la
corriente 14
C14 C7 C6+:= C14 5000= en L
la masa de producto en este punto C14
Mproducto14 Conproductoinoculo C14:= Mproducto14 600= en g
Peptona25000a Peptona 25000:= Peptona25000a 500= en kg
C16Glu25000a
glu1000:= C16 325= en L
C17Extlev25000a
ext1000:= C17 238= en L
C18Sales25000a
sales1000:= C18 455= en L
C19Peptona25000a
pep1000:= C19 371= en L
La cantidad de agua a usar
C15 25000 C16 C17+ C18+ C19+( )-:= C15 23611= en L
La corriente de salida de este tanque es la corriente 6, que se dirige al los
intercambiadores
C20 C16 C17+ C18+ C19+ C15+:= C20 25000= en L
Balance en el tanque semilla M-090
En este tanque, el volumen de semilla será de 5000L, de forma que la corriente 7 de
inoculo es:
C7 5000 C6-:= C7 500= en L
suponiendo que este inoculo tiene una cncentracion adecuada de biomasa, la
concentracion de producto será de 0.12 g/L
Conproductoinoculo 0.12:= en g/L
la masa de producto en este punto C7
Mproducto7 Conproductoinoculo C7:= Mproducto7 60= en g
La corriente de semilla con que se inoculara en tanque de produccion corresponde a la
corriente 14
C14 C7 C6+:= C14 5000= en L
la masa de producto en este punto C14
Mproducto14 Conproductoinoculo C14:= Mproducto14 600= en g
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4.4.1.3 BALANCE EN EL TANQUE DE PRODUCCIÓN M-100
4.4.1.4 BALANCE EN EL INTERCAMBIADOR H-082
4.4.1.5 BALANCE EN EL TANQUE F-110
Peptona25000a Peptona 25000:= Peptona25000a 500= en kg
C16Glu25000a
glu1000:= C16 325= en L
C17Extlev25000a
ext1000:= C17 238= en L
C18Sales25000a
sales1000:= C18 455= en L
C19Peptona25000a
pep1000:= C19 371= en L
La cantidad de agua a usar
C15 25000 C16 C17+ C18+ C19+( )-:= C15 23611= en L
La corriente de salida de este tanque es la corriente 6, que se dirige al los
intercambiadores
C20 C16 C17+ C18+ C19+ C15+:= C20 25000= en L
Balance en el tanque semilla M-090
En este tanque, el volumen de semilla será de 5000L, de forma que la corriente 7 de
inoculo es:
C7 5000 C6-:= C7 500= en L
suponiendo que este inoculo tiene una cncentracion adecuada de biomasa, la
concentracion de producto será de 0.12 g/L
Conproductoinoculo 0.12:= en g/L
la masa de producto en este punto C7
Mproducto7 Conproductoinoculo C7:= Mproducto7 60= en g
La corriente de semilla con que se inoculara en tanque de produccion corresponde a la
corriente 14
C14 C7 C6+:= C14 5000= en L
la masa de producto en este punto C14
Mproducto14 Conproductoinoculo C14:= Mproducto14 600= en g
Balance en el tanque de producción M-100
En este tanque, el balance Entrada=Salida queda como sigue
C13 + C14 + C24 = C25
C24 C20:= C24 25000= en L
C25 C13 C24+ C14+:= C25 50000= en L
Considerando que el aire que entra tiene una perdida minima por la transferencia de
oxigeno, el balance queda:
C112 = C133 = 298200000 L
Balance en el intercambiador H-082
Dentro de este intercambiador de precalentamiento, el balance:
C20+C22 = C21 + C23
Al ser el mismo fluido,
C20 = C21 = C22 = C23 = 25000L
Balance en en tanque F-110
Al ser un tanque de balance, las corrientes de entrada son iguales a las de salida:
C25 = C26
C25 50000= en L
C26 C25:= C26 50000= en L
En este punto, la concentracion de producto es de 0.12 g/L, de forma que la cantidad
total de producto es:
P260.12 C26
1000:=
P26 6= en kg
Por otra parte, la biomasa en este punto tiene una concentracion de 50 g/L, de forma que la
cantidad de biomasa total es:
X2650 C26
1000:= X26 2500= en kg
Balance en las centrifugas, denotadas en conjunto como D-200
Se separa en esta oarte toda la biomasa seca, que en forma de torta tendra una humedad de
80%. El balance es el siguiente:
C26 = C27 ´+C28
La torta corresponde a C28, mientras que el liquido con producto esta en C27. Para obtener
el volumen de la corriente C27, se resta el agua contenida en la torta. De esta forma:
Balance en el tanque de producción M-100
En este tanque, el balance Entrada=Salida queda como sigue
C13 + C14 + C24 = C25
C24 C20:= C24 25000= en L
C25 C13 C24+ C14+:= C25 50000= en L
Considerando que el aire que entra tiene una perdida minima por la transferencia de
oxigeno, el balance queda:
C112 = C133 = 298200000 L
Balance en el intercambiador H-082
Dentro de este intercambiador de precalentamiento, el balance:
C20+C22 = C21 + C23
Al ser el mismo fluido,
C20 = C21 = C22 = C23 = 25000L
Balance en en tanque F-110
Al ser un tanque de balance, las corrientes de entrada son iguales a las de salida:
C25 = C26
C25 50000= en L
C26 C25:= C26 50000= en L
En este punto, la concentracion de producto es de 0.12 g/L, de forma que la cantidad
total de producto es:
P260.12 C26
1000:=
P26 6= en kg
Por otra parte, la biomasa en este punto tiene una concentracion de 50 g/L, de forma que la
cantidad de biomasa total es:
X2650 C26
1000:= X26 2500= en kg
Balance en las centrifugas, denotadas en conjunto como D-200
Se separa en esta oarte toda la biomasa seca, que en forma de torta tendra una humedad de
80%. El balance es el siguiente:
C26 = C27 ´+C28
La torta corresponde a C28, mientras que el liquido con producto esta en C27. Para obtener
el volumen de la corriente C27, se resta el agua contenida en la torta. De esta forma:
Balance en el tanque de producción M-100
En este tanque, el balance Entrada=Salida queda como sigue
C13 + C14 + C24 = C25
C24 C20:= C24 25000= en L
C25 C13 C24+ C14+:= C25 50000= en L
Considerando que el aire que entra tiene una perdida minima por la transferencia de
oxigeno, el balance queda:
C112 = C133 = 298200000 L
Balance en el intercambiador H-082
Dentro de este intercambiador de precalentamiento, el balance:
C20+C22 = C21 + C23
Al ser el mismo fluido,
C20 = C21 = C22 = C23 = 25000L
Balance en en tanque F-110
Al ser un tanque de balance, las corrientes de entrada son iguales a las de salida:
C25 = C26
C25 50000= en L
C26 C25:= C26 50000= en L
En este punto, la concentracion de producto es de 0.12 g/L, de forma que la cantidad
total de producto es:
P260.12 C26
1000:=
P26 6= en kg
Por otra parte, la biomasa en este punto tiene una concentracion de 50 g/L, de forma que la
cantidad de biomasa total es:
X2650 C26
1000:= X26 2500= en kg
Balance en las centrifugas, denotadas en conjunto como D-200
Se separa en esta oarte toda la biomasa seca, que en forma de torta tendra una humedad de
80%. El balance es el siguiente:
C26 = C27 ´+C28
La torta corresponde a C28, mientras que el liquido con producto esta en C27. Para obtener
el volumen de la corriente C27, se resta el agua contenida en la torta. De esta forma:
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4.4.1.6 BALANCE EN LAS CENTRÍFUGAS, DENOTADAS EN CONJUNTO COMO D-200
Balance en el tanque de producción M-100
En este tanque, el balance Entrada=Salida queda como sigue
C13 + C14 + C24 = C25
C24 C20:= C24 25000= en L
C25 C13 C24+ C14+:= C25 50000= en L
Considerando que el aire que entra tiene una perdida minima por la transferencia de
oxigeno, el balance queda:
C112 = C133 = 298200000 L
Balance en el intercambiador H-082
Dentro de este intercambiador de precalentamiento, el balance:
C20+C22 = C21 + C23
Al ser el mismo fluido,
C20 = C21 = C22 = C23 = 25000L
Balance en en tanque F-110
Al ser un tanque de balance, las corrientes de entrada son iguales a las de salida:
C25 = C26
C25 50000= en L
C26 C25:= C26 50000= en L
En este punto, la concentracion de producto es de 0.12 g/L, de forma que la cantidad
total de producto es:
P260.12 C26
1000:=
P26 6= en kg
Por otra parte, la biomasa en este punto tiene una concentracion de 50 g/L, de forma que la
cantidad de biomasa total es:
X2650 C26
1000:= X26 2500= en kg
Balance en las centrifugas, denotadas en conjunto como D-200
Se separa en esta oarte toda la biomasa seca, que en forma de torta tendra una humedad de
80%. El balance es el siguiente:
C26 = C27 ´+C28
La torta corresponde a C28, mientras que el liquido con producto esta en C27. Para obtener
el volumen de la corriente C27, se resta el agua contenida en la torta. De esta forma:
Balance en el tanque de producción M-100
En este tanque, el balance Entrada=Salida queda como sigue
C13 + C14 + C24 = C25
C24 C20:= C24 25000= en L
C25 C13 C24+ C14+:= C25 50000= en L
Considerando que el aire que entra tiene una perdida minima por la transferencia de
oxigeno, el balance queda:
C112 = C133 = 298200000 L
Balance en el intercambiador H-082
Dentro de este intercambiador de precalentamiento, el balance:
C20+C22 = C21 + C23
Al ser el mismo fluido,
C20 = C21 = C22 = C23 = 25000L
Balance en en tanque F-110
Al ser un tanque de balance, las corrientes de entrada son iguales a las de salida:
C25 = C26
C25 50000= en L
C26 C25:= C26 50000= en L
En este punto, la concentracion de producto es de 0.12 g/L, de forma que la cantidad
total de producto es:
P260.12 C26
1000:=
P26 6= en kg
Por otra parte, la biomasa en este punto tiene una concentracion de 50 g/L, de forma que la
cantidad de biomasa total es:
X2650 C26
1000:= X26 2500= en kg
Balance en las centrifugas, denotadas en conjunto como D-200
Se separa en esta oarte toda la biomasa seca, que en forma de torta tendra una humedad de
80%. El balance es el siguiente:
C26 = C27 ´+C28
La torta corresponde a C28, mientras que el liquido con producto esta en C27. Para obtener
el volumen de la corriente C27, se resta el agua contenida en la torta. De esta forma:
mH2O28X26 0.8
0.2:= mH2O28 10000= en kg
Considerando la densidad del medio 1070 kg/m3, el volumen del liquido en la torta
vH2O28mH2O28
1070:= vH2O28 9= en m3 C28 vH2O28 1000:=
C28 9346= en L
Por tanto, la corriente C27
C27 C26 vH2O28 1000-:= C27 40654= en L
El producto que se tiene en la corriente C27
P270.12 C27
1000:= P27 5= en kg
El prodcuto que se pierde en C28
en kgP28
0.12 C28
1000:= P28 1=
Balance de materia en el tanque de balance F-210 y modulo de UF D-212
C27 =C29
C29 C27:= C29 40654= en L
Se concentra la proteina de 0.12 g/L hasta 4.21g/L, por lo que la corriente C30
C30C29 0.12
4.21:= C30 1159= en L
La corriente C31
C31 C29 C30-:= C31 39495= en L
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4.4.1.7 BALANCE DE MATERIA EN EL TANQUE DE BALANCE F-210 Y MÓDULO DE UF D-212
4.4.1.8 BALANCE DE MATERIA COLUMNA DE INTERCAMBIO IÓNICO H-220
Tomando en cuenta que las corrientes 38, 32, 40, 33, 37, 41, 42 y 43 sólo son soluciones de lavado
y preparado de la columna, no se consideran en el balance de materia para la proteína.
ENTRADAS.
Corriente 34
1159 l de solución rHSA a 4.21 g/l
Corriente 36
5 volúmenes de la columna de buffer A:
𝐵𝑢𝑓𝑓𝑒𝑟 𝐴 = 5 ∗ 156 𝑙
𝐵𝑢𝑓𝑓𝑒𝑟 𝐴 = 780.7024 𝑙
SALIDAS
Corriente 39
780.7024 l de buffer A con rHSA.
Concentración de rHSA en la corriente 39:
𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑟𝐻𝑆𝐴 =𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝐻𝑆𝐴𝑟 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 34 ∗ 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑏𝑢𝑓𝑓𝑒𝑟 𝐴
mH2O28X26 0.8
0.2:= mH2O28 10000= en kg
Considerando la densidad del medio 1070 kg/m3, el volumen del liquido en la torta
vH2O28mH2O28
1070:= vH2O28 9= en m3 C28 vH2O28 1000:=
C28 9346= en L
Por tanto, la corriente C27
C27 C26 vH2O28 1000-:= C27 40654= en L
El producto que se tiene en la corriente C27
P270.12 C27
1000:= P27 5= en kg
El prodcuto que se pierde en C28
en kgP28
0.12 C28
1000:= P28 1=
Balance de materia en el tanque de balance F-210 y modulo de UF D-212
C27 =C29
C29 C27:= C29 40654= en L
Se concentra la proteina de 0.12 g/L hasta 4.21g/L, por lo que la corriente C30
C30C29 0.12
4.21:= C30 1159= en L
La corriente C31
C31 C29 C30-:= C31 39495= en L
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𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑟𝐻𝑆𝐴 =4.21
𝑔𝑙∗ 1159 𝑙
780.7024 𝑙
𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑟𝐻𝑆𝐴 = 6.25𝑔
𝑙
Corriente 35
1159 L de solución sin rHSA
4.4.1.9 BALANCE DE MATERIA COLUMNA DE INTERCAMBIO IÓNICO H-230
Tomando en cuenta que las corrientes 59, 57, 51, 55, 52, 54 y 62 sólo son soluciones de lavado y
preparado de la columna, no se consideran en el balance de materia para la proteína.
ENTRADAS.
Corriente 53
200 l de solución tHSA a 24.39 g/l
Corriente 61
3 volúmenes de la columna de agua desionizada:
𝐴𝑔𝑢𝑎 𝑑𝑒𝑠𝑖𝑜𝑛𝑖𝑧𝑎𝑑𝑎 = 3 ∗ 156 𝑙
𝐴𝑔𝑢𝑎 𝑑𝑒𝑠𝑖𝑜𝑛𝑖𝑧𝑎𝑑𝑎 = 468.288 𝑙
SALIDAS
Corriente 56 y 58
468.288 l de agua desionizada con rHSA.
Concentración de rHSA en la corriente 56 y 58:
𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑡𝐻𝑆𝐴 =𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝐻𝑆𝐴𝑟 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 53 ∗ 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑑𝑒𝑠𝑖𝑜𝑛𝑖𝑧𝑎𝑑𝑎
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 68
𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑟𝐻𝑆𝐴 =24.39
𝑔𝑙∗ 200 𝑙
468.288 𝑙
𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑟𝐻𝑆𝐴 = 10.42𝑔
𝑙
Corriente 60
200 L de solución sin rHSA.
4.4.1.10 BALANCE DE MATERIA COLUMNA DE INTERCAMBIO IÓNICO H-240
Tomando en cuenta que las corrientes 80, 74, 82, 70, 78, 76, 71, 73, 75, 77, 81 y 85 sólo son
soluciones de lavado y preparado de la columna, no se consideran en el balance de materia para la
proteína.
ENTRADAS.
Corriente 72
200 l de solución rHSA a 24.39 g/l
Corriente 84
2 volúmenes de la columna de solución NaCl:
𝑆𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 𝑁𝑎𝐶𝑙 = 3 ∗ 156 𝑙
𝑆𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 𝑁𝑎𝐶𝑙 = 312.92 𝑙
SALIDAS
Corriente 79
200 l de solución NaCl con rHSA.
Concentración de rHSA en la corriente 79:
𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑟𝐻𝑆𝐴 =𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝐻𝑆𝐴𝑟 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 72 ∗ 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 𝑁𝑎𝐶𝑙
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 69
𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑟𝐻𝑆𝐴 =24.39
𝑔𝑙∗ 200 𝑙
312.92 𝑙
𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑟𝐻𝑆𝐴 = 15.63𝑔
𝑙
Corriente 60
200 L de solución sin rHSA
4.4.2 BALANCE DE CALOR
4.4.2.1 CÁLCULO DE LOS CICLOS DE ESTRILIZACIÓN
4.4.2.1.1 PARA EL REACTOR SEMILLA M-090
4.4.2.1.1.1 FASE DE CALENTAMIENTO
1. Flujo de calor requerido para la fase de calentamiento
2. Tiempo de calentamiento
3. Nabla de calentamiento
4. Flujo de vapor requerido para la fase de calentamiento
1. Tiempo de enfriamiento
Fase de calentamiento
t cal(min)= 49.0530
Q (kcal/min)= 19675.979
cal= 16.9800
W(lb/min)= 84.2170
Fase de enfriamiento
t (min) 79.2695
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4.4.2.1.1.2 FASE DE ENFRIAMIENTO
1. Flujo de calor requerido para la fase de calentamiento
2. Tiempo de calentamiento
3. Nabla de calentamiento
4. Flujo de vapor requerido para la fase de calentamiento
1. Tiempo de enfriamiento
Fase de calentamiento
t cal(min)= 49.0530
Q (kcal/min)= 19675.979
cal= 16.9800
W(lb/min)= 84.2170
Fase de enfriamiento
t (min) 79.2695
NOTA: Se proponen varios flujos y a su vez se calculan los t para dichos flujos,
posteriormente se grafica t vs W y se toma el W que se halle en el punto de
inflexión de dicho gráfico.
2. Nabla de enfriamiento
1. Nabla de mantenimiento
Nabla del equipo y Nabla requerido
W (lb/min) u (min-1) t (min)
100 0.00885042 190.758913
150 0.012829279 131.597142
200 0.016200147 104.214884
250 0.018990468 88.9023129
300 0.021298179 79.2695223
350 0.023221171 72.7050539
400 0.02484001 67.9668186
450 0.026217339 64.3961798
500 0.027401132 61.6141149
550 0.028428161 59.3881714
600 0.029326819 57.5683476
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
0 200 400 600 800 1000 1200
t (m
in)
W (lb/min)
Fase de mantenimiento
man= 28.3815
equipo= 49.2995 requerido= 36.1482
enf= 3.9380
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4.4.2.1.2 PARA EL REACTOR DE PRODUCCIÓN M-100
4.4.2.1.2.1 FASE DE CALENTAMIENTO
4.4.2.1.2.2 FASE DE ENFRIAMIENTO
1. Flujo de calor requerido para la fase de calentamiento
2. Tiempo de calentamiento
3. Nabla de calentamiento
4. Flujo de vapor requerido para la fase de calentamiento
1. Tiempo de enfriamiento
Fase de calentamiento
t cal(min)= 124.4914
Q (kcal/min)= 38764.3806
cal= 25.4480
W(lb/min)= 165.9191
Fase de enfriamiento
t (min) 240.0772
1. Flujo de calor requerido para la fase de calentamiento
2. Tiempo de calentamiento
3. Nabla de calentamiento
4. Flujo de vapor requerido para la fase de calentamiento
1. Tiempo de enfriamiento
Fase de calentamiento
t cal(min)= 124.4914
Q (kcal/min)= 38764.3806
cal= 25.4480
W(lb/min)= 165.9191
Fase de enfriamiento
t (min) 240.0772
1. Flujo de calor requerido para la fase de calentamiento
2. Tiempo de calentamiento
3. Nabla de calentamiento
4. Flujo de vapor requerido para la fase de calentamiento
1. Tiempo de enfriamiento
Fase de calentamiento
t cal(min)= 124.4914
Q (kcal/min)= 38764.3806
cal= 25.4480
W(lb/min)= 165.9191
Fase de enfriamiento
t (min) 240.0772
NOTA: Se proponen varios flujos y a su vez se calculan los t para dichos flujos,
posteriormente se grafica t vs W y se toma el W que se halle en el punto de
inflexión de dicho gráfico.
2. Nabla de enfriamiento
1. Nabla de mantenimiento
Nabla del equipo y Nabla requerido
Fase de mantenimiento
man= 28.3815
equipo= 65.8115 requerido= 37.7577
enf= 11.9820
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
0 200 400 600 800 1000 1200
Tie
mp
o (
min
)
W (lb/min)
W (lb/min) u (min-1) t (min)
100 0.008870642 190.324037
150 0.012933007 130.541677
200 0.016435148 102.724753
250 0.019374366 87.1407337
300 0.021830697 77.3358941
350 0.023893925 70.6579809
400 0.025641694 65.8418479
450 0.02713616 62.2157482
500 0.028425875 59.3929467
550 0.029548592 57.1362747
600 0.030533784 55.2927376
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4.4.2.2 CÁLCULOS PARA LOS SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO DURANTE LA FERMENTACIÓN
4.4.2.2.1 CÁLCULO PARA EL SISTEMA DE ENFRIAMIENTO EN EL BIORREACTOR M-100
Tomando una temperatura de entrada de 10°C y una salida de 11°C en este ejemplo tenemos que
∆𝑇𝑀𝐿𝑁 =𝑇𝑠𝑎𝑙 − 𝑇𝑒𝑛𝑡
𝑙𝑛 𝑇𝑓𝑒𝑟𝑚 − 𝑇𝑒𝑛𝑡𝑇𝑓𝑒𝑟𝑚 − 𝑇𝑠𝑎𝑙
∆𝑇𝑀𝐿𝑁 =11°𝐶 − 10°𝐶
𝑙𝑛 35°𝐶 − 10°𝐶35°𝐶 − 11°𝐶
= 24.966°𝐶
Para el cálculo de flujo de agua se hizo lo siguiente
𝑊 =𝑄𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
𝑐𝑝 ∙ ∆𝑇
Para ello tenemos que el Qtotal:
La Qfermentación se calculó en base a las dimensiones y requerimientos de la levadura (ver sección de
potencia mínima de agitación).
𝑄𝑓𝑒𝑟𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 = 𝑘𝐿𝑎 𝐶∗ − 𝐶𝐿 𝑉𝑜𝑝 ∗ 3.5𝑘𝑐𝑎𝑙/𝑔𝑂2
𝑄𝑓𝑒𝑟𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 = 493.2757−1 0.01234081gO2/𝐿 − 0.0001𝑔𝑂2
/𝐿 50000𝐿 ∗ 3.5𝑘𝑐𝑎𝑙/𝑔𝑂2
𝑄𝑓𝑒𝑟𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 = 1056666.47 𝑘𝑐𝑎𝑙/
NOTA: Se proponen varios flujos y a su vez se calculan los t para dichos flujos,
posteriormente se grafica t vs W y se toma el W que se halle en el punto de
inflexión de dicho gráfico.
2. Nabla de enfriamiento
1. Nabla de mantenimiento
Nabla del equipo y Nabla requerido
Fase de mantenimiento
man= 28.3815
equipo= 65.8115 requerido= 37.7577
enf= 11.9820
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
0 200 400 600 800 1000 1200
Tie
mp
o (
min
)
W (lb/min)
W (lb/min) u (min-1) t (min)
100 0.008870642 190.324037
150 0.012933007 130.541677
200 0.016435148 102.724753
250 0.019374366 87.1407337
300 0.021830697 77.3358941
350 0.023893925 70.6579809
400 0.025641694 65.8418479
450 0.02713616 62.2157482
500 0.028425875 59.3929467
550 0.029548592 57.1362747
600 0.030533784 55.2927376
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𝑄𝑎𝑔𝑖𝑡𝑎𝑐𝑖 ó𝑛 = 𝑃𝑔 ∗ 641.496 = 156.0008 𝐻𝑃 ∗ 641.496 = 100073.89 𝑘𝑐𝑎𝑙/
𝑄𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑄𝑓𝑒𝑟𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 + 𝑄𝑎𝑔𝑖𝑡𝑎𝑐𝑖 ó𝑛 = 1156740.36 𝑘𝑐𝑎𝑙/ = 321316.767 𝑐𝑎𝑙/𝑠
Entonces
𝑊 =321316.767 𝑐𝑎𝑙/𝑠
1𝑐𝑎𝑙𝑔°𝐶
∙ 1°𝐶= 321316.767𝑔/𝑠
Calculo de hi
La viscosidad aparente se calcula teniendo N=120.36 min-1 =2.006 s-1
𝜇𝑎𝑝 =𝐾𝑎𝑝
8𝑁1−𝑛 𝑛
6𝑛 + 2 𝑛
𝜇𝑎𝑝 =3.24
8(2.006)1−0.7 0.7
6(0.7) + 2
0.7 = 1.513 𝑔/𝑐𝑚𝑠
EL número de pranks es
𝑃𝑟 =𝑐𝑝 ∗ 𝜇𝑎𝑝
𝑘=
0.95𝑐𝑎𝑙𝑔°𝐶
∗ 1.513𝑔/𝑐𝑚𝑠
0.001385𝑐𝑎𝑙𝑠𝑐𝑚°𝐶
= 1038
El cálculo del número de Reynolds es
𝑅𝑒 ′ = 8𝑁2−𝑛𝐷𝑖2𝜌
𝐾𝑎𝑝
𝑛
6𝑛 + 2 𝑛
𝑅𝑒 ′ = 8(2.006𝑠−1)2−0.7(107.2𝑐𝑚)21.07𝑔/𝑐𝑚3
3.24𝑑𝑖𝑛𝑎 𝑠𝑛/𝑐𝑚2 0.7
6(0.7) + 2
0.7
= 16,302
Por lo tanto np es 6
Para cálculo de las demás variables
𝑓1 =𝐷𝑖
𝐷𝑡=
107.2 𝑐𝑚
321.5 𝑐𝑚= 0.3334
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𝑓2 = 0.2 ∗ 𝑛𝑖 ∗ 𝐷𝑖
𝐷𝑡 = 0.2
𝑓4 = 𝐻𝐿
𝐷𝑡 = 2
𝑓5 = 𝑛𝑖 −0.37 = 0.666
El diámetro del serpentín es de 0.8*Dt=257.2 cm
Se usará un serpentín sumergido
𝑖 =2.68𝑘
𝑑𝑠𝑒𝑟𝑝 𝑅𝑒′ 0.56 𝑃𝑟 0.33𝑓1
−0.3𝑓20.3𝑓4
−0.5𝑓50.15(𝑛𝑝)0.2
𝑖 =2.68
0.001385𝑐𝑎𝑙𝑠 ∗ 𝑐𝑚 ∗ °𝐶
257.2 𝑐𝑚 16302 0.56 1038 0.33(0.3334)−0.3(0.2)0.3(2)−0.5(0.666)0.15(6)0.2
𝑖 =0.026642 𝑐𝑎𝑙
𝑠°𝐶𝑐𝑚2
Calculo de ho
Primero se calcula af
𝑎𝑓 =𝜋
4∗ 𝑑𝑖2
Pero dint es
𝑑𝑖𝑛𝑡 =𝐷𝑡
60= 5.3583 𝑐𝑚
Pero comercialmente existen tubos de acero cédula 40 de 2.5 in
Dint = 6.271 cm
Dext = 7.303 cm
Entonces
𝑎𝑓 =𝜋
4∗ (6.271𝑐𝑚)2 = 30.886 𝑐𝑚2
El número de prank es
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𝑃𝑟 = 𝑐𝑝 ∗𝜇
𝑘=
1𝑐𝑎𝑙𝑔°𝐶
∗ 0.01𝑔/𝑐𝑚𝑠
0.00148𝑐𝑎𝑙𝑐𝑚𝑠°𝐶
= 6.7568
𝑜 =0.027𝑘
𝑑𝑖𝑛𝑡 𝑑𝑖𝑛𝑡 ∗ 𝑊
𝑎𝑓 ∗ 𝜇
0.8
𝑃𝑟 0.33
𝑜 =0.027(
0.00148𝑐𝑎𝑙𝑐𝑚𝑠°𝐶
)
6.271𝑚
6.271𝑐𝑚 ∗ 321316.8 𝑔/𝑠
(30.886 𝑐𝑚2) ∗ 0.01𝑔/𝑐𝑚𝑠
0.8
6.7568 0.33
𝑜 =3.3862 𝑐𝑎𝑙
𝑠𝑐𝑚2°𝐶
Calculo de hoi
𝑜𝑖 = 𝑜 𝑑𝑖𝑛𝑡
𝑑𝑒𝑥𝑡
𝑜𝑖 =3.3862𝑐𝑎𝑙
𝑠𝑐𝑚2°𝐶
6.271𝑐𝑚
7.303𝑐𝑚 =
2.9077𝑐𝑎𝑙
𝑠𝑐𝑚2°𝐶
Cálculo de Uic
𝑈𝑖𝑐 =𝑖 ∗ 𝑜𝑖
𝑖 + 𝑜𝑖
𝑈𝑖𝑐 =0.0266446 ∗ 2.9077
0.0266446 + 2.9077= 0.026402
Cálculo de Uid
𝑈𝑖𝐷 =𝑈𝑖𝑐 ∗ 𝐷
𝑈𝑖𝑐 + 𝐷
𝑈𝑖𝐷 =0.02513 ∗ 0.25
0.02513 + 0.25= 0.02388
4.4.2.2.2 CÁLCULO PARA EL SISTEMA DE ENFRIAMIENTO EN EL BIORREACTOR M-090
Se siguió la misma metodología que para el biorreactor M-100 y con las mismas propiedades del
medio de cultivo y las mismas condiciones de agua de enfriamiento.
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 76
Tabla 16. Sistema de enfriamiento del biorreactor de operación M-100
Tsalida (°C) T agua (°C)
TMLN (°C) Wagua (g/s) ho (cal/scm^2°C)
h0i (cal/scm^2°C)
Uic (cal/scm^2°C)
Uid (cal/scm^2°C)
Urequerido (cal/scm^2°C)
11 1 24.4965983 321316.7668 3.386155244 2.907651586 0.02640261 0.023880572 0.017692844
12 2 23.9861047 160658.3834 1.944835479 1.670007297 0.026226122 0.023736098 0.018069399
13 3 23.4680504 107105.5889 1.406079451 1.207383847 0.026069256 0.023607533 0.018468279
14 4 22.9419116 80329.1917 1.117014658 0.959167317 0.025924403 0.023488683 0.018891822
15 5 22.4071006 64263.35336 0.934395766 0.802354628 0.02578818 0.0233768 0.01934273
16 6 21.8629535 53552.79446 0.807580576 0.69345992 0.025658679 0.023270335 0.019824151
17 7 21.3087164 45902.39526 0.71388529 0.613004882 0.025534676 0.023168296 0.020339775
18 8 20.7435268 40164.59585 0.64155645 0.55089696 0.025415321 0.023069996 0.020893964
19 9 20.1663905 35701.86298 0.583865559 0.501358472 0.025299992 0.02297493 0.021491922
20 10 19.5761519 32131.67668 0.536669439 0.46083172 0.025188211 0.022882712 0.022139923
21 11 18.9714542 29210.61516 0.497270524 0.427000336 0.025079601 0.02279304 0.022845613
22 12 18.3506871 26776.39723 0.46383324 0.398288135 0.024973859 0.022705667 0.023618434
23 13 17.7119155 24716.67437 0.435063033 0.373583497 0.024870734 0.022620391 0.024470222
24 14 17.0527791 22951.19763 0.410019429 0.35207885 0.024770013 0.022537042 0.025416063
25 15 16.37035 21421.11779 0.388001905 0.333172661 0.024671517 0.022455475 0.026475579
26 16 15.6609215 20082.29792 0.368477419 0.316407216 0.024575092 0.022375566 0.027674904
27 17 14.9196845 18900.98628 0.351032824 0.301427748 0.024480602 0.022297206 0.029049844
28 18 14.1402084 17850.93149 0.335342703 0.287954826 0.02438793 0.022220301 0.03065121
29 19 13.3135605 16911.40878 0.321147085 0.275765216 0.024296969 0.022144766 0.032554364
30 20 12.4266987 16065.83834 0.308235651 0.26467832 0.024207627 0.022070527 0.034877686
31 21 11.459245 15300.79842 0.296436331 0.254546383 0.024119819 0.021997515 0.037822256
32 22 10.3760686 14605.30758 0.285606917 0.245247292 0.02403347 0.02192567 0.041770589
33 23 9.10628307 13970.29421 0.275628801 0.236679202 0.02394851 0.021854937 0.047595105
34 24 7.45601921 13388.19862 0.26640224 0.228756462 0.023864876 0.021785266 0.058129477
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Tabla 17. Sistema de enfriamiento del biorreactor semilla M-080
Tsalida (°C) T agua (°C)
TMLN (°C) Wagua (g/s) ho (cal/scm^2°C)
h0i (cal/scm^2°C)
Uic (cal/scm^2°C)
Uid (cal/scm^2°C)
Urequerido (cal/scm^2°C)
11 1 24.4965983 39848.31732 2.976684381 2.374217722 0.342626178 0.144537227 0.004728097
12 2 23.9861047 19924.15866 1.709656226 1.363629996 0.309522951 0.138297701 0.004828725
13 3 23.4680504 13282.77244 1.236049277 0.985878825 0.284757105 0.133124508 0.004935318
14 4 22.9419116 9962.07933 0.981939647 0.783199767 0.264952959 0.12862969 0.005048503
15 5 22.4071006 7969.663464 0.821403947 0.655155723 0.248521538 0.124629288 0.005169
16 6 21.8629535 6641.38622 0.709923886 0.566238692 0.234550118 0.121014375 0.005297651
17 7 21.3087164 5692.61676 0.627558703 0.500543828 0.222456123 0.117712583 0.005435442
18 8 20.7435268 4981.039665 0.563976229 0.449830142 0.211841841 0.114672287 0.00558354
19 9 20.1663905 4427.590813 0.513261609 0.409379918 0.202422586 0.111854819 0.005743333
20 10 19.5761519 3984.831732 0.471772681 0.376288151 0.193987201 0.109230176 0.0059165
21 11 18.9714542 3622.574302 0.43713808 0.348663427 0.186374638 0.106774444 0.006105083
22 12 18.3506871 3320.69311 0.4077442 0.325218727 0.179459267 0.104468154 0.006311606
23 13 17.7119155 3065.255178 0.382453031 0.305046369 0.173141238 0.102295181 0.006539231
24 14 17.0527791 2846.30838 0.360437825 0.287486936 0.167339921 0.10024198 0.00679199
25 15 16.37035 2656.554488 0.34108277 0.272049251 0.161989321 0.098297039 0.007075127
26 16 15.6609215 2490.519832 0.323919283 0.258359572 0.15703478 0.096450468 0.007395625
27 17 14.9196845 2344.018666 0.308584176 0.246128217 0.152430556 0.094693701 0.007763053
28 18 14.1402084 2213.795407 0.294791383 0.235127019 0.148138013 0.09301926 0.00819099
29 19 13.3135605 2097.279859 0.28231237 0.225173699 0.144124254 0.091420569 0.008699574
30 20 12.4266987 1992.415866 0.270962251 0.21612079 0.140361051 0.089891813 0.00932044
31 21 11.459245 1897.53892 0.260589764 0.207847644 0.136824027 0.088427823 0.010107324
32 22 10.3760686 1811.287151 0.251069897 0.200254552 0.133491998 0.087023979 0.011162446
33 23 9.10628307 1732.535536 0.242298385 0.193258353 0.130346453 0.085676133 0.012718944
34 24 7.45601921 1660.346555 0.234187546 0.186789108 0.127371131 0.084380548 0.015534067
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4.4.2.3 INTERCAMBIADORES DE CALOR H-082, H-083 Y H-083
Esterilización continúa.
Una vez terminado el proceso en lote se dará inicio a la alimentación del medio; esta está
contemplada para llevarse a cabo en 26 horas de acuerdo al planteamiento del proceso, el sistema
de esterilización está compuesto de tres intercambiadores de calor, uno de precalentamiento,
calentamiento y enfriamiento respectivamente, así como un brazo de sostenimiento que
mantendrá la temperatura de esterilización el tiempo mínimo necesario para garantizar la
esterilidad del medio de cultivo
Figura 5. Sistema de esterilización continua.
Se calcula el flujo el cual pueda alimentar el volumen de medio (25 000L) en el tiempo de
producción restante (26 h), el cual resulta de:
Para ale cálculo del brazo del sostenimiento del sistema se propone un diámetro de tubería de un
cuarto de pulgada (0.00635m). Se calcula el número de Reynolds; donde se observa que es laminar.
Para interpolar en la grafica quedando:
Q 2.671 104-
m
3
s=
Re 372.1034=
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Figura 6. Interpolación en la gráfica para obtener Dz/vd
𝐷𝑧
𝑣𝑑= 50
Donde:
Dz = coeficiente de difusividad
vd= Velocidad media del fluido en la tubería
Se considera como criterio de diseño la probabilidad que uno de cada 100 lotes esterilizados se
contamine (No) y una cantidad inicial de 105 esporas totales por mililitro; es decir 2.5 x 1012
esporas en el volumen total (Ni).
Se calcula la nabla requerida para que el proceso se lleve acabo
Nabla (Λ) = 38.
Con el criterio de diseño No/N se interpola en la grafica m. resultando unos valores de Pe= 20 y
Nr= 120.
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Figura 7. Gráfica para calcular la longitud del brazo de sostenimiento.
Quedando la longitud del brazo de sostenimiento
Y la temperatura de esterilización queda:
Ahora, conociendo la temperatura y la longitud en el brazo de sostenimiento, se hace el balance
en el primer intercambiador, que es el de calentamiento hasta que la temperatura del medio sea
de 164, proponiendo que entre a 90°C del intercambiador de precalentamiento.
L 6.35m=
Test 164.3015=
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Para poder llevar a cabo el balance es necesario calcular el flujo másico del medio (mmedio), siendo
este:
Y realizando el balance:
Qmed= Cpmedio* mmedio *(ΔT)
El cálculo de flujo másico para el vapor fue evaluando, el calor latente de evaporación del vapor
saturado a 170 °C, ya que no existe cambio de fase, que de acuerdo a tablas es de 2047 kJ/kg
kg/s
Para el cálculo del área efectiva de trasferencia del intercambiador de calor se describe en la
literatura:
q=U*A*MLDT
Según Shan y Focke (1988), proponen que:
Y se considera un intercambiador nuevo; algunas de sus condiciones de operación son (Shan y
Focke (1988)):
mmed Q :=
mmed 0.2858kg
s=
mvaporqmedio
Hevap:=
mvapor 0.0412=
W
qmedio 8.4304 104
=
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Tabla 18. Algunas condiciones geométricas y de operación de intercambiadores de calor de marcos y placas.
Se propone un hh de 4000, al estar en régimen laminar se considera un Nusselt de 4.36 (Shan y
Focke (1988)).
Haciendo los cálculos correspondientes queda:
en W/m2°C
Quedando un área efectiva de 12.897 m2; 13 m2 aproximadamente para el intercambiador de
calentamiento.
Para el intercambiador de precalentamiento:
Se realiza el balance de energía; dado que el medio es preparado a temperatura ambiente, y al
entrar salida de este debe estar a 90°C; y por parte del líquido caliente será levara acabo la
trasferencia de calor del medio estéril con una temperatura de 164°C.
Cpm*mm*(T1-T0)=Cpm*mm*(T2-T3)
La temperatura de salida del medio frio seria:
hc 1.0884 103
=
Uhh hc
hh hc+:=
U 855.5983=
Sqmedio
7.64U:=
T3 T2 T1 T0-( )-:=
T3 89.3015=
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Se utiliza las correlaciones anteriores para el cálculo del coeficiente global de transferencia y se
obtiene un área efectiva de trasferencia de 2.92 m2.
Para el intercambiador de calor encargado del enfriamiento:
Partimos del balance de energía.
Cpmed*mmed*(T3-T4)= Cpw*mwater*(t4-t3)
Donde:
T4 = 35; temperatura de fermentación
t3 = 15; temperatura del agua de enfriamiento
T3= 89.3; temperatura del medio a la salida del intercambiador de precalentamiento
Se tabula en Excel, proponiendo una diferencia de temperaturas y buscando el menor flujo. Se
escoge una diferencia de 17°C.
W
Y el flujo de agua queda de 0.867 kg/s para llevar a cabo la trasferencia de calor.
Finamente se resuelve con las correlaciones de Shan y Focke (1988); y se obtiene un área efectiva
de 1.9145m2.
qc Cpmed mmed T3 T4-( ):=
qc 6.1612 104
=
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4.5 MEMORIA DEL CÁLCULO DEL EQUIPO DE PROCESO
4.5.1 DIMENSIONES DE LOS TANQUES Y BIORREACTORES
Los biorreactores M-090 con capacidad de 5 m3 y el M-100 con capacidad de 50 m3 se calcularon
con un 75% de su capacidad total los cuales se presentan en la siguiente tabla.
Tabla 19. Dimensiones de los biorreactores.
Los tanques de almacenamiento que se calcularon fueron el F-080 con un volumen de operación
de 25 m3 y con capacidad de 80% del volumen total, el tanque F-110 es el que recibe el cultivo
agotado y tiene un volumen de operación de 50 m3 con una capacidad del 85% de su volumen
total, el tanque F-210 es el que recibe el filtrado del filtro prensa que tiene un volumen de
operación de 40 m3 con una capacidad del 85% de su volumen total, el taque F-221 recibe el
filtrado de la primer columna con un volumen de operación de 0.78 m3 con una capacidad del 85%
de su volumen total, el eluido de la segunda columna es de 0.5 m3 que pasa al tanque F-231, el
tanque F-241 tiene un volumen de operación de 0.35 m3 que lo recibe del eluido de la tercer
columna.
Parámetros M-090 M-100
Vop (m3) 5 50
Volumen total (m3) 6.667 66.667
Diámetro del tanque (m) 1.492 3.215
Altura del tanque (m) 4.062 8.751
Diámetro del impulsor (m) 0.497 1.072
Altura de la tapa (m) 0.373 0.804
Volumen de la tapa (m3) 0.435 4.348
Distancia entre impulsores (m) 0.995 2.141
Altura del primer impulsor (m) 0.373 0.804
Número de impulsores 3 3
Ancho de los bafles (m) 0.149 0.321
Altura de bafles (m) 2.611 5.625
Longitud de paletas (m) 0.124 0.268
Altura del líquido en el cilindro (m) 2.611 5.625
Diámetro externo del tanque (m) 1.56 2.30
Diámetro del tanque con chaqueta (m) 1.80 2.80
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Tabla 20. Dimensiones de los tanques de almacenamiento y de preparación de medio de cultivo.
4.5.1.1 MEMORIA DE CÁLCULO DE LAS DIMENSIONES DE LOS BIORREACTORES
El cálculo se hizo en un programa en Mathcad y para calcular cualquier tamaño de cualquier
biorreactor de tipo tanque agitado solo es necesario introducir el volumen de operación y se
recalculan todas las dimensiones.
En esta me memoria de cálculo solo se presenta la secuencia de cálculos de uno de de los
biorreactores que es el de 50 m3.
Parámetros F-080 F-110 F-210 F-221 F-231 F-241
Vop (m3) 25 50 40 0.78 0.5 0.35
Volumen total (m3) 31.25 58.824 47.059 0.918 0.588 0.412
Diámetro del tanque (m) 2.367 2.923 2.713 0.730 0.63 0.559
Altura del cilindro (m) 4.652 5.862 5.441 1.465 1.263 1.121
Altura del tanque (m) 5.891 6.836 6.346 1.708 1.473 1.308
Diámetro del impulsor (m) 0.789 0.974 0.904 0.243 0.21 0.186
Altura de la tapa (m) 0.789 0.974 0.904 0.243 0.21 0.186
Volumen de la tapa (m3) 1.157 2.179 1.743 0.034 0.022 0.015
Altura del impulsor (m) 0.789 0.974 0.904 0.243 0.21 0.186
Número de impulsores 1 1 1 1 1 1
Ancho de los bafles (m) 0.237 0.292 0.271 0.073 0.063 0.056
Altura de bafles (m) 3.945 4.871 4.522 1.217 1.049 0.932
Longitud de paletas (m) 0.197 0.244 0.226 0.061 0.052 0.047
Altura del líquido en el cilindro (m)
3.945 4.871 4.522 1.217 1.049 0.932
Diámetro externo del tanque (m)
2.45 3.0 2.80 0.878 0.70 0.610
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Figura 8. Relaciones geométricas de cualquier biorreactor tipo tanque agitado.
Volumen de operación
Vop = 50 m3
Volumen del biorreactor
𝑉𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 =𝑉𝑜𝑝
0.75= 66.667 𝑚3
Diámetro del tanque
𝐷𝑡 = 𝑉𝑜𝑝
1.5053
1/3
= 3.215 𝑚
Altura del líquido
𝐻𝐿 = 2 ∙ 𝐷𝑡 = 6.429 𝑚
Diámetro del impulsor
𝐷𝑖 =𝐷𝑡
3= 1.072 𝑚
Altura de la tapa
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𝐻𝑒𝑙𝑖𝑝 =𝐷𝑡
4= 0.804 𝑚
Volumen de la tapa
𝑉𝑒𝑙𝑖𝑝 = 0.1309 ∙ 𝐷𝑡3 = 4.348 𝑚3
Distancia entre impulsores
𝑑𝑖𝑚𝑝𝑢𝑙 = 2 ∙ 𝐷𝑖 = 2.143
Altura de la parte del tanque sin líquido
𝐻𝐿𝐶 = 𝐻𝐿 − 𝐻𝑒𝑙𝑖𝑝 = 5.6625 𝑚
Volumen de la parte del tanque sin líquido
𝑉𝐶𝑉 = 𝑉𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 − 𝑉𝑜𝑝 − 𝑉𝑒𝑙𝑖𝑝 = 12.319 𝑚
Altura de la parte del tanque sin líquido
𝐻𝐶𝑉 =𝑉𝐶𝑉
𝐷𝑡2 ∙
4
𝜋= 1.518 𝑚
Altura del tanque
𝐻𝑡 = 𝐻𝐿 + 𝐻𝐶𝑉 + 𝐻𝑒𝑙𝑖𝑝 = 8.751 𝑚
Altura del primer impulsor
𝐼1 = 𝐻𝑒𝑙𝑖𝑝 = 0.804 𝑚
Altura del segundo impulsor
𝐼2 = 𝐻𝑒𝑙𝑖𝑝 + 𝑑𝑖𝑚𝑝𝑢𝑙 = 2.947 𝑚
Altura del tercer impulsor
𝐼3 = 𝐻𝑒𝑙𝑖𝑝 + 2 ∙ 𝑑𝑖𝑚𝑝𝑢𝑙 = 5.09 𝑚
Altura del cuarto impulsor
4 = 𝐻𝑒𝑙𝑖𝑝 + 3 ∙ 𝑑𝑖𝑚𝑝𝑢𝑙 = 7.233 𝑚
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Número de impulsores
ni = 3
Número de bafles
nb = 4
Ancho del bafle
𝑊𝑏 = 0.1 ∙ 𝐷𝑡 = 0.321 𝑚
Longitud del bafle
𝐿𝑏 = 𝐻𝐿𝐶 = 5.625 𝑚
Longitud de una paleta del impulsor
𝐿𝑖 = 0.25 ∙ 𝐷𝑖 = 0.268 𝑚
4.5.1.2 MEMORIA DE CÁLCULO DE LAS DIMENSIONES DE LOS TANQUES
De igual manera se hizo en un programa en Mathcad y para calcular cualquier tamaño de
cualquier tanque con tapa inferior cónica y tapa superior plana, en que agitado solo es necesario
introducir el volumen de operación y se recalculan todas las dimensiones.
En esta me memoria de cálculo solo se presenta la secuencia de cálculos de uno de de los tanque
con un volumen de operación de 50 m3.
Volumen de operación
Vop = 50 m3
Volumen del tanque
𝑉𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 =𝑉𝑜𝑝
0.85= 58.824 𝑚3
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Para calcular el diámetro del tanque se sigue la siguiente metodología
𝑉𝑡 =𝜋 ∙ 𝐷𝑡
2
4∙ 𝐻𝐿 + 𝐻𝑐𝑜𝑛
Pero HL=2*Dt y Hcon=Dt/3
𝑉𝑡 =𝜋 ∙ 𝐷𝑡
2
4∙ 2 ∙ 𝐷𝑡 +
𝐷𝑡
3
𝑉𝑡 =2.25 ∙ 𝜋 ∙ 𝐷𝑡
3
3
Despejando Dt se tiene
𝐷𝑡 = 3 ∙ 𝑉𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
2.25 ∗ 𝜋
1/3
= 2.923 𝑚
Altura del líquido
𝐻𝐿 = 2 ∙ 𝐷𝑡 = 5.845 𝑚
Diámetro del impulsor
𝐷𝑖 =𝐷𝑡
3= 0.974 𝑚
Altura de la tapa
𝐻𝑐𝑜𝑛𝑜 =𝐷𝑡
3= 0.974 𝑚
Volumen de la tapa cónicq
𝑉𝑐𝑜𝑛𝑜 = 𝜋 ∙𝐷𝑡
2
4∙𝐻𝑐𝑜𝑛𝑜
3= 2.179 𝑚3
Altura del cilindro con líquido
𝐻𝐿𝐶 = 𝐻𝐿 − 𝐻𝑐𝑜𝑛𝑜 = 4.871 𝑚
Volumen del cilindro vacío
𝑉𝐶𝑉 = 𝑉𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 − 𝑉𝑜𝑝 − 𝑉𝑐𝑜𝑛𝑜 = 6.645 𝑚3
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Altura del cilindro vacío
𝐻𝐶𝑉 =𝑉𝐶𝑉
𝐷𝑡2 ∙
4
𝜋= 0.909 𝑚
Altura del cilindro
𝐻𝑐 = 𝐻𝐿𝐶 + 𝐻𝑐𝑣 = 5.862 𝑚
Altura del tanque
𝐻𝑡 = 𝐻𝐿 + 𝐻𝐶𝑉 + 𝐻𝑐𝑜𝑛𝑜 = 6.837 𝑚
Número de impulsores
ni = 1
Número de bafles
nb = 4
Ancho del bafle
𝑊𝑏 = 0.1 ∙ 𝐷𝑡 = 0.292 𝑚
Longitud del bafle
𝐿𝑏 = 𝐻𝐿𝐶 = 4.871 𝑚
Longitud de una paleta del impulsor
𝐿𝑖 = 0.25 ∙ 𝐷𝑖 = 0.244 𝑚
Ancho de la paleta del impulsor
𝑊𝑖 =𝐷𝑖
8= 0.122 𝑚
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4.5.1.3 CÁLCULO DE LA POTENCIA MÍNIMA DE AGITACIÓN EN LOS BIORREACTORES
Teniendo los datos que se requieren (Tabla 21) se calcula la potencia mínima requerida en el
biorreactor M-100.
Tabla 21. Parámetros que se consideran para los cálculos
Yx/s (gcel/gsust) 0.1 Dt (cm) 321.5
Dhcel (Kcal/g) 5.7 Pi 3.1416
Dhsust (Kcal/gsust) 3.74 Np 6
mux (gcel/Lh) 0.667 Fc 1.4142
rcaldo (Kg/m^3) 1070 Ni 3
HL (m) 6.429 Gc (cm/s^2) 980
g (m/s^2) 9.807 Di (cm) 107.2
Patm (atm) 0.743 C 0.00239
Pint (atm) 0.8 (N-1)/N 0.3627
Vop (L) 50000 raire (Kg/m^3) 1.293
Vop (m^3) 50 PMaire (g/mol) 29
Ccritica (g/L) 0.0001 Z 1.05
H (go2/Latm) 0.0334 R (gcal/molK) 1.987
H (mmolo2/Latm) 1.04 T1 (K) 288.15
Primero se proponen una VVM la cual empezaremos con 0.3 min-1. Luego el flujo de aire se debe
calcular
𝑄𝑎𝑖𝑟𝑒 = 𝑉𝑉𝑀 ∙ 𝑉𝑜𝑝 = 0.3 𝑚𝑖𝑛−1 ∙ 50000 𝐿 = 15000 𝐿/𝑚𝑖𝑛
Se debe sacar la productividad celular con la siguiente relación
𝜇𝑥 =[𝑐é𝑙𝑢𝑙𝑎𝑠]
𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜=
50 𝑔𝑐é𝑙/𝐿
75 = 0.667
𝑔𝑐é𝑙
𝐿 ∙
Luego se debe calcular el rendimiento energético con la siguiente ecuación
𝑌𝑥/𝑘 =𝑌𝑥/𝑠
∆𝐻𝑠 − 𝑌𝑥/𝑠 ∙ ∆𝐻𝑐𝑒𝑙=
0.1 𝑔𝑐𝑒𝑙/𝑔𝑠𝑢𝑠𝑡
3.74𝐾𝑐𝑎𝑙/𝑔𝑠𝑢𝑠𝑡 − (0.1 𝑔𝑐𝑒𝑙/𝑔𝑠𝑢𝑠𝑡) ∙ (5.7 𝐾𝑐𝑎𝑙/𝑔)
= 0.03155 𝑔𝑐𝑒𝑙/𝐾𝑐𝑎𝑙)
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Se calcula la presión hidrostática
𝑃𝑖𝑑 =𝜌𝑐𝑎𝑙𝑑𝑜 ∙ 𝐻𝐿 ∙ 𝑔
101325𝑃𝑎/𝑎𝑡𝑚=
1070(𝑘𝑔/𝑚3) ∙ 6.429𝑚 ∙ 9.807𝑚/𝑠2
101325𝑃𝑎/𝑎𝑡𝑚= 0.666 𝑎𝑡𝑚
Se calcula la presión total en el sistema
𝑃𝑡𝑜𝑡 = 𝑃𝑎𝑡𝑚 + 𝑃𝑖𝑛𝑡 + 𝑃𝑖𝑑 = 0.743 + 0.8 + 0.666 𝑎𝑡𝑚 = 2.209 𝑎𝑡𝑚
La eficiencia se calcula de la siguiente manera
𝐸𝑓 =(𝜇𝑥/𝑌𝑥/02)𝑉𝑜𝑝 ∙ (22.4)
𝑄𝑎𝑖𝑟𝑒 ∙ ∅𝑂2 𝑃𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
𝑃𝑠𝑡á𝑛𝑑𝑎𝑟 (32 ∙ 60)
=(0.667 𝑔𝑐𝑒𝑙 /𝐿)/(0.11 𝑔𝑐𝑒𝑙 /𝑔𝑜2)(50000𝐿)(22.4)
(15000𝐿/min)(0.21) 2.209𝑎𝑡𝑚
1 𝑎𝑡𝑚 (32 ∙ 60)
= 0.506
Posteriormente se calcula la presión parcial de oxígeno en la salida
𝑃 𝑂2 𝑠𝑎𝑙 = 𝑃𝑡𝑜𝑡 − 𝑃𝑖𝑑 ∅𝑂2 1 − 𝐸𝑓 = 2.2089 𝑎𝑡𝑚 − 0.666 𝑎𝑡𝑚 0.21 1 − 0.506 = 0.1599
Se calcula la presión parcial de oxígeno en la entrada
𝑃 𝑂2 𝑒𝑛𝑡 = 𝑃𝑡𝑜𝑡 ∙ ∅𝑂2 = 2.2088𝑎𝑡𝑚 0.21 = 0.4638𝑎𝑡𝑚
Se calcula la media logarítmica de la presión
𝑃 𝑂2 𝑀𝐿𝑁 =𝑃 𝑂2 𝑒𝑛𝑡 − 𝑃 𝑂2 𝑠𝑎𝑙
𝑙𝑛 𝑃 𝑂2 𝑒𝑛𝑡
𝑃 𝑂2 𝑠𝑎𝑙
=0.4638 𝑎𝑡𝑚 − 0.1599 𝑎𝑡𝑚
𝑙𝑛 0.4638 𝑎𝑡𝑚0.1599 𝑎𝑡𝑚
= 0.2854 𝑎𝑡𝑚
Se calcula la concentración C*
𝐶∗ = 𝐻 ∙ 𝑃 𝑂2 𝑀𝐿𝑁 = 0.034 𝑔𝑂2/𝐿𝑎𝑡𝑚 0.2854 𝑎𝑡𝑚 = 0.0095 𝑔/𝐿
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El rendimiento celular con respecto al oxígeno es el siguiente
𝑌𝑥/𝑂2 = 𝑌𝑥/𝑘(3.5 𝑘𝑐𝑎𝑙/𝑔𝑂2) = 0.0315 𝑔𝑐𝑒𝑙 /𝑘𝑐𝑎𝑙(3.5 𝑘𝑐𝑎𝑙/𝑔𝑂2) = 0.1104 𝑔𝑐𝑒𝑙 /𝑔𝑂2
Se calcula el KLa requerido
𝐾𝐿𝑎𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑜 =𝜇𝑥
𝑌𝑥/𝑂2(𝐶∗ − 𝐶𝐿)=
0.667 𝑔𝑐𝑒𝑙 /𝐿
0.1104 𝑔𝑐𝑒𝑙 /𝑔𝑂2(0.0095 𝑔𝑂2/𝐿 − 0.0001 𝑔𝑂2/𝐿)
= 639.99 −1
Calculo de velocidad superficial
𝑉𝑠 =𝑄𝑎𝑖𝑟𝑒
0.7854𝐷𝑡2 =15000 𝐿/ min 1000 𝑐𝑚3/𝐿
0.7854(321.15 𝑐𝑚)2 = 184.77 𝑐𝑚/𝑚𝑖𝑛
De la ecuación de Tagachi y Miyamoto para el cálculo empírico de KLa para biorreactores con
volúmenes de operación menores a 50 m3 se usa la siguiente relación tomando en cuenta que
KLaequipo = kLarequerido y se despeja a la Pg
𝐾𝐿𝑎 =8.0
𝐻 𝑃𝑔
𝑉𝑜𝑝
0.33
𝑉𝑠 0.56
Despejando
𝑃𝑔 = 𝑉𝑜𝑝 𝐾𝐿𝑎 ∙ 𝐻
8 ∙ (𝑉𝑠)0.56 −0.33
= 50 𝑚3 639.99 −1 1.04 𝑚𝑚𝑜𝑙𝑂2/𝐿𝑎𝑡𝑚
8 ∙ 184.77 𝑐𝑚/𝑚𝑖𝑛 0.56
1/0.33
= 4689.2 𝐻𝑃
Calculo de la potencia al freno del compresor
𝑏𝑝 = 𝑄𝑎𝑖𝑟𝑒 ∙ 𝜌𝑎𝑖𝑟𝑒 (9.351 ∗ 10−2)
𝐸𝑝 ∙ 𝑃𝑀𝑎𝑖𝑟𝑒
𝑧 ∙ 𝑅 ∙ 𝑇1
𝑁 − 1
𝑁
𝑃2
𝑃1
𝑁−1𝑁
− 1
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Donde Ep: eficiencia politrópica; 0.75
𝑏𝑝 = 15 𝑚3/𝑚𝑖𝑛 ∙ 1.293 𝑘𝑔/𝑚3(9.351 ∗ 10−2)
0.75 ∙ 29 𝑔/𝑚𝑜𝑙
1.05 ∙ 1.987𝑔𝑐𝑎𝑙
𝑔𝑚𝑜𝑙𝐾 ∙ 288.15𝐾
0.3627
2.209 𝑎𝑡𝑚
0.743 𝑎𝑡𝑚
0.3627
− 1 = 66.98 𝐻𝑃
Se calcula la potencia total
𝑃𝑡𝑜𝑡 = 𝑃𝑔 + 𝑏𝑝 = 4689.2 𝐻𝑃 + 66.98 𝐻𝑃 = 4756.23 𝐻𝑃
Se calcula la potencia teórica que es
𝑃𝑜𝑡 = 𝑁𝑝 𝜌𝑐𝑎𝑙𝑑𝑜 ∙ 𝑁3 ∙ 𝐷𝑖5
𝐺𝑐 1.315 ∗ 10−7
Pero si decimos que
𝑃𝑜𝑡 = 𝐴 ∙ 𝑁3
Entonces
𝐴 =𝑁𝑝 ∙ 𝜌𝑐𝑎𝑙𝑑𝑜 ∙ 𝐷𝑖51.315 ∗ 10−7
𝐺𝑐=
6 1.07 𝑔/𝐿 (107.2 𝑐𝑚)51.315 ∗ 10−7
980 𝑐𝑚/𝑠2
1𝑚𝑖𝑛3
60𝑠 3
= 5.646 ∗ 10−5
Pero tenemos que la potencia real es
𝑃𝑟𝑒𝑎𝑙 = 𝑃𝑜𝑡 ∙ 𝑓𝑐 ∙ 𝑛𝑖
Sustituyendo tenemos
𝑃𝑟𝑒𝑎𝑙 = 5.646 ∗ 10−5 ∙ 𝑁3 1.4142 ∙ 3 = 2.395 ∗ 10−4 ∙ 𝑁3
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Finalmente para calcular la velocidad de giro de la flecha se usa la siguiente ecuación
𝑃𝑔 = 𝑐 𝑃𝑟𝑒𝑎𝑙
2𝑁𝐷𝑖3
𝑄𝑎𝑖𝑟𝑒0.56
0.45
Despejando tenemos
𝑁 = 𝑃𝑔
𝑐
1/0.45 𝑄𝑎𝑖𝑟𝑒 0.56
𝑃𝑟𝑒𝑎𝑙2𝐷𝑖3
= 𝑃𝑔
𝑐
1/0.45 𝑄𝑎𝑖𝑟𝑒 0.56
(2.395 ∗ 10−4 ∙ 𝑁3)2 ∙ 𝐷𝑖3
𝑁 = 𝑃𝑔
𝑐
1/0.45 𝑄𝑎𝑖𝑟𝑒 0.56
(2.395 ∗ 10−4)2𝐷𝑖3
1/7
= 4689.2 𝐻𝑃
0.00239
1/0.45 15000 𝐿/𝑚𝑖𝑛 0.56
2.395 ∗ 10−4 2 107.2 𝑐𝑚 3
1/7
𝑁 = 313.45 𝑚𝑖𝑛−1
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Tabla 22. Evaluación de diferentes VVM para encontrar la menor potencia consumida en el biorreactor de operación M-100.
VVM (min-1)
Qaire (L/min)
Ef Po2 salida (atm)
Po2 MLN (atm)
C* (go2/L)
Kla requerido (h-1)
Qaire (cm/min)
Vs (cm/min)
Pg (HP)
bhp (HP)
Potencia total (HP)
N (min-1)
0.3 15000 0.5062 0.1600 0.2855 0.0095 639.9973 15000000 184.8 4689.2 67.0 4756.2 313.5
0.4 20000 0.3797 0.2010 0.3143 0.0105 580.6815 20000000 246.4 2143.3 89.3 2232.6 250.2
0.5 25000 0.3037 0.2256 0.3305 0.0110 551.9226 25000000 308.0 1258.3 111.6 1369.9 215.1
0.6 30000 0.2531 0.2420 0.3410 0.0114 534.8649 30000000 369.5 839.7 134.0 973.6 191.9
0.7 35000 0.2170 0.2537 0.3483 0.0116 523.5557 35000000 431.1 605.9 156.3 762.1 175.2
0.8 40000 0.1898 0.2625 0.3537 0.0118 515.5021 40000000 492.7 460.8 178.6 639.5 162.3
0.9 45000 0.1687 0.2694 0.3578 0.0120 509.4730 45000000 554.3 364.1 200.9 565.1 152.1
1 50000 0.1519 0.2748 0.3611 0.0121 504.7892 50000000 615.9 296.1 223.3 519.4 143.6
1.1 55000 0.1381 0.2793 0.3638 0.0122 501.0451 55000000 677.5 246.3 245.6 491.9 136.5
1.2 60000 0.1266 0.2830 0.3660 0.0122 497.9835 60000000 739.1 208.6 267.9 476.5 130.4
1.3 65000 0.1168 0.2862 0.3679 0.0123 495.4331 65000000 800.7 179.3 290.3 469.5 125.0
1.4 70000 0.1085 0.2889 0.3695 0.0123 493.2757 70000000 862.3 156.0 312.6 468.6 120.4
1.5 75000 0.1012 0.2912 0.3709 0.0124 491.4270 75000000 923.9 137.2 334.9 472.1 116.2
1.6 80000 0.0949 0.2933 0.3721 0.0124 489.8250 80000000 985.5 121.8 357.2 479.0 112.4
1.7 85000 0.0893 0.2951 0.3731 0.0125 488.4234 85000000 1047.0 108.9 379.6 488.5 109.1
1.8 90000 0.0844 0.2967 0.3741 0.0125 487.1869 90000000 1108.6 98.1 401.9 500.0 106.0
1.9 95000 0.0799 0.2981 0.3749 0.0125 486.0878 95000000 1170.2 88.9 424.2 513.1 103.2
2 100000 0.0759 0.2994 0.3757 0.0125 485.1045 100000000 1231.8 81.0 446.5 527.5 100.6
2.1 105000 0.0723 0.3006 0.3763 0.0126 484.2195 105000000 1293.4 74.1 468.9 543.0 98.2
2.2 110000 0.0690 0.3017 0.3770 0.0126 483.4189 110000000 1355.0 68.1 491.2 559.3 95.9
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Tabla 23. Evaluación de diferentes VVM para encontrar la menor potencia consumida en el biorreactor semilla M-090
VVM (min-1)
Qaire (L/min)
Ef Po2 salida (atm)
Po2 MLN(atm)
C* (go2/L)
Kla requerido (h^-1)
Qaire (cm/min)
Vs (cm/min)
Pg (HP) bhp (HP)
Potencia total (HP)
N (min-1)
2 10000 0.1057 0.2898 0.3369 0.0112 631.58 10000000 572.0 66.21 36.187 102.3988 327.1071
2.1 10500 0.1006 0.2914 0.3378 0.0112 629.88 10500000 600.6 60.45 37.997 98.4516 319.0398
2.2 11000 0.0961 0.2929 0.3387 0.0113 628.35 11000000 629.2 55.45 39.806 95.2609 311.5724
2.3 11500 0.0919 0.2943 0.3394 0.0113 626.96 11500000 657.8 51.08 41.615 92.6968 304.6333
2.4 12000 0.0880 0.2955 0.3401 0.0113 625.69 12000000 686.4 47.23 43.425 90.6564 298.1624
2.5 12500 0.0845 0.2966 0.3407 0.0113 624.53 12500000 715.0 43.82 45.234 89.0574 292.1090
2.6 13000 0.0813 0.2977 0.3413 0.0113 623.46 13000000 743.6 40.79 47.043 87.8333 286.4295
2.7 13500 0.0783 0.2987 0.3418 0.0114 622.48 13500000 772.2 38.07 48.853 86.9298 281.0867
2.8 14000 0.0755 0.2996 0.3423 0.0114 621.57 14000000 800.8 35.64 50.662 86.3022 276.0482
2.9 14500 0.0729 0.3004 0.3428 0.0114 620.73 14500000 829.4 33.44 52.471 85.9134 271.2860
3 15000 0.0704 0.3012 0.3432 0.0114 619.95 15000000 858.0 31.45 54.281 85.7325 266.7753
3.1 15500 0.0682 0.3019 0.3436 0.0114 619.22 15500000 886.5 29.64 56.090 85.7335 262.4947
3.2 16000 0.0660 0.3026 0.3440 0.0114 618.53 16000000 915.1 27.99 57.899 85.8943 258.4251
3.3 16500 0.0640 0.3033 0.3443 0.0115 617.89 16500000 943.7 26.48 59.709 86.1961 254.5494
3.4 17000 0.0622 0.3039 0.3447 0.0115 617.29 17000000 972.3 25.10 61.518 86.6230 250.8526
3.5 17500 0.0604 0.3045 0.3450 0.0115 616.73 17500000 1000.9 23.83 63.328 87.1611 247.3212
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4.5.2 MEMORIA DE CÁLCULO DE LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR
Esterilización continúa
Calculo del brazo de sostenimiento
Volumen del medio a alimentar
Tiempo en el cual será llevado a cabo el proceso de lote alimentado
Calculo del flujo de alimentación
Propiedades del medio de cultivo
Se propone un diámetro de tubería de un cuarto de pulgada
Calculo del área trasversal por donde fluirá el medio de cultivo
V 25000L:=
tiemp 26hr:=
QV
tiemp:=
Q 2.6709 104-
m
3
s=
1070kg
m3
:=
0.154Pa s:=
dtub0.0254m
4:=
dtub 6.35 103-
m=
Atrans
4dtub
2:=
Atrans 3.1669 105-
m2
=
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Calculo de la velocidad del medio en la tubería del brazo de sostenimiento
Calculo del número de Reynolds, necesario para poder llevar a cabo la interpolación en la grafica y
aplicar los criterios de diseño para la esterilización
Figura 9. Diagrama para el cálculo del número de Reynolds
Dz/vd=50
Relación del coeficiente de difusividad; con la velocidad del medio en el brazo de cultivo
Se aplica el criterio de diseño de las buenas prácticas de manufactura donde se recomiendo que
solo uno de cada 100 lotes esterilizados se contamine (No).
Se despeja el coeficiente de difusividad.
velmedQ
Atrans:=
velmed 8.4339m
s=
Re velmed dtub
:=
Re 372.1034=
N0 103-
:=
Dz 50velmed dtub:=
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Se considera una concentración inicial de esporas de B. stereothermophilus. De 1 x 105; el ser
25000000 mL; se multiplica por el volumen total.
𝑁𝑜
𝑁𝑖= 0.4 ∗ (10−16 )
Pero se necesita el inverso del anterior criterio anterior; el cual equivale al cálculo de nabla
Nabla requerida 35.4551
Con el valor anterior, se consulta la siguiente grafica, y se seleccionan los valores de Pe=20 y
Nr=120.
Figura 10. Cálculo del número de Pe y el Nr
Dz 2.6778m
2
s=
Ni 105
25 106
:=
Ni 2.5 1012
=
Ni
N02.5 10
15=
lnNi
N0
35.4551=
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El número de Peclet es:
Pe = Vmed * L /Dz
Y se despeja la longitud del brazo de sostenimiento.
Para el cálculo del tiempo de residencia hidráulico.
Se calcula la constante de muerte cinética del número de reacción.
Ya con la los parámetros anteriores se calcula la temperatura con la cual será necesario alimentar
el vapor en el intercambiador de calor de la etapa de calentamiento.
Pe 20:=
Nr 120:=
LPe Dz
velmed:=
L 6.35m=
tiempobrazoL
velmed:=
tiempobrazo 0.7529s=
kmuertevelmed Nr
L:=
kmuerte 159.38021
s=
Test
67480-
1.9872
ln159.3860
4.931037
:=
Test 437.4515=
Test Test 273.15-:=
Test 164.3015=
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Ahora, conociendo la temperatura y la longitud en el brazo de sostenimiento, se hace el balance
en el primer intercambiador, que es el de calentamiento hasta que la temperatura del medio sea
de 164, proponiendo que entre a 90°C del intercambiador de precalentamiento.
j/kg°C
Para el cálculo del flujo másico del medio
kg/s
Del balance de energía se sabe:
Se calcula el calor necesario.
Para calcular el Cp del vapor, se elige vapor saturado a 170 °C.
J/kg°C
Cpmed 3970:=
mmed Q :=
mmed 0.2858kg
s=
T2 164.3015=
mmed .2858:=
qmedio Cpmedmmed T2 T1-( ):=
qmedio 8.4304 104
=
A 3.47:=
B 1.45103-
:=
D 0.121105
:=
t1 170:=
t1K t1 273.15+( ):=
t1K 443.15=
T1K T1 273.15+( ):=
T1K 363.15=
T2K T2 273.15+( ):=
T2K 437.4515=
Rgas 461.889( ):=
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J/kg°C
El cálculo de flujo másico se evalúa tomando el calor latente de evaporación del vapor saturado a
170 °C, que de acuerdo a tablas es de 2047 kJ/kg.
De acuerdo a esto, el flujo másico de vapor es de:
J/kg
J/s
kg/s
De acuerdo a literatura, q=U*A*MLDT, y se desconocen U y A. Se procede al cálculo de U.
Tabla 24. Geometrías de intercambiadores de calor de marcos y placas.
Cpvap Rgas A B 423.15+ D 423.152-
+ :=
Cpvap 1.9174 103
=
Hevap 2047000:=
qmedio 8.4304 104
=
mvaporqmedio
Hevap:=
mvapor 0.0412=
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Cuando el intercambiador es nuevo, se toma esa consideración.
Se propone un coeficiente de película del fluido caliente y de bibliografía se propone un Nusselt.
W/m2°C
De las correlaciones se calcula
m
kg/ms
hh 4000:=
Nu 4.364:=
1.25:=
dequiv2 .25
:=
dequiv 0.4=
Ch 0.4:=
y 0.598:=
Re 372.1034=
jh Ch Rey
:=
jh 13.7821=
0.0145:=
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Pa s
cal/cm s K
J/ms
W/m2°C
W/m2°C
agua 0.001:=
agua:=
14.5=
Prmed 0.6:=
kmedNu
jh Prmed
1
3
0.17
:=
kmed 0.2383=
kmed kmed4.1868 100:=
hcNu kmed
dequiv:=
T1 90=
T2 164.3015=
hc 1.0884 103
=
hh 4 103
=
t1 170=
t2 100=
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m2
Para el intercambiador de precalentamiento:
Cpm*mm*(T1-T0)=Cpm*mm*(T2-T3)
si:
Uhh hc
hh hc+:=
t2 170:=
MLDTt2 T1-( ) t1 T2-( )-
lnt2 T1-
t1 T2-
:=
U 855.5983=
MLDT 28.1251=
qmedio 8.4304 104
=
Sqmedio
7.64U:=
U 855.5983=
S 12.897=
T0 15:=
T2 164.3015=
T1 90=
T3 T2 T1 T0-( )-:=
T3 89.3015=
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Considerando los parámetros evaluados previamente, y la ecuación q=U*A*MLDT, se calcula
en W
Para el intercambiador de enfriamiento:
Cpmed*mmed*(T3-T4)=Cpw*mwater*(t4-t3)
J/kg°C
Ubhc hc
hc hc+:=
Ub 544.2042=
MLDT b100 90- 67 15-( )-
ln107 90-
67 15-
:=
qb Cpmed mmed 142 89.3-( ):=
qb 5.9795 104
=
MLDTb 37.5661=
Abqb
Ub MLDTb:=
Ab 2.9249=
T4 35:=
T3 89.3015=
t3 15:=
Cpw 4.18103
:=
Cpmed 3.97 103
=
Cpw 4.18 103
=
mmed 0.2858=
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Se tabula en excel, proponiendo una diferencia de temperaturas y buscando el menor flujo.
W
Se elige una diferencia de 17 C, con lo que
El flujo másico de agua
W/m2°C
W/m2°C
m2
qc Cpmed mmed T3 T4-( ):=
qc 6.1612 104
=
t4 17 t3+:=
t4 32=
mwaterqc
Cpw t4 t3-( ):=
mwater 0.867=
MLDT c89.3 32- 35 15-( )-
ln89.3 32-
35 15-
:=
MLDTc 35.4371=
hc 1.0884 103
=
hw 5000:=
hw 5 103
=
Uchw hc
hw hc+:=
Uc 893.8366=
Acqc
Uc MLDTc:=
Ac 1.9451=
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4.5.3 EMORIA DE CÁLCULO DE CENTRIFUGA DE DISCOS D-200
Figura 11. Centrífuga Westfalia SC-150
Con las dimensiones siguientes se utilizaron para el cálculo del factor geométrico de acuerdo a un
flujo establecido.
Tabla 25. Dimensiones de la centrifuga base (Westfalia SC-150).
Dimensión Cantidad Unidad
Altura total 1.978 m
Ancho total 1.706 m
Largo total 2.9 m
Discos
Numero de discos 80 N/A
Diámetro externo RO 0.3 m
Diámetro interno RI 0.09 m
Θ 40 °
Parámetros de operación
Velocidad de operación 4700 RPM
Flujo de operación 10 m3/h
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Tabla 26. Propiedades del caldo a tratar.
Densidad de la torta (ρsolidos) 1200 Kg/m3
Densidad del caldo (ρcaldo) 1070 Kg/m3
Viscosidad (µ) 0.154 Pa*s
Diámetro de la partícula (d) 7.50E-06 m
Condiciones de operación
Tiempo límite para la operación=8 h
Volumen a tratar=50m3
Concentración de biomasa=50Kg/m3
Humedad=80%
El flujo fue calculado de la siguiente forma
𝐹 =𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛
𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜=
50𝑚3
8= 6.25
𝑚3
Cantidad de sólidos, fue calculada de la siguiente forma:
𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑆𝑜𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠 = 𝑉𝑜𝑙 ∗ 𝑏𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑎 = 50𝑚3 ∗50Kg
m3 = 2500Kg
Cantidad de sólidos húmedos
𝑆𝑜𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠 ú𝑚𝑒𝑑𝑜𝑠 = 𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠
(1 − 𝐻𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑
100 )
=2500𝐾𝑔
1 − (80
100)
= 12500𝐾𝑔
Calculo de la velocidad de sedimentación
Para este cálculo se uso la siguiente ecuación:
𝑉𝑆 =𝑑2∗𝑔∗(𝜌𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑜 −𝜌𝑐𝑎𝑙𝑑𝑜 )
18∗𝜇=
7.5∗10−6𝑚 2∗
9.81𝑚
𝑠2 ∗ 1200𝐾𝑔
𝑚 3 −1070𝐾𝑔
𝑚 3
18∗0.154𝑃𝑎∗𝑠= 2.58787 ∗ 10−8 𝑚
𝑠
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Calculo del factor geométrico de la centrifuga
Para este cálculo se uso la siguiente fórmula:
Σ1 =2πnω2
3g Ro3 − Ri3 cotΘ =
2 ∗ π ∗ 80 ∗ 2 ∗ π ∗ 4700
60
3 ∗ 9.81m/s2∗ (0.3m)3 − (0.09m)3 ∗ cot40°
= 97290.94m2
Se calculo el flujo de la centrifuga para verificar que coincida con el flujo de diseño:
𝑄1 = 𝑉𝑠 ∗ Σ1 = 2.58787 ∗10−8𝑚
𝑠 ∗ 97290.94m2 = 2.51 ∗ 10−3
m3
s= 9.064 m3/h
Por lo tanto se usa este flujo en vez del de 10 m3/h
Se calculo la sigma (Σ2) de nuestra centrifuga bajo el flujo ya mencionado con la siguiente
ecuación:
𝑸𝟏
𝚺𝟏=
𝑸𝟐
𝚺𝟐
Se despeja Σ2:
Σ2 =Q2 ∗ Σ1
Q1=
6.25m3
h∗ 97290.94 m2
9.064 m3
h
= 67086.61m2
Una vez obtenido el factor geométrico se busca en un catalogo una centrifuga que corresponda
con este y la más cercana es una Westfalia OSC-20.
Con esto se procede a determinar el volumen del tazón para que a partir de este se determine el
numero de centrifugas necesarias para soportar este flujo y que se obtenga una separación
eficiente de la biomasa del caldo.
Tabla 27. Dimensiones del tazón
Altura de tazón(h) 0.8613m
Diámetro (D) 0.70m
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Calculó del volumen del tazón.
1
4𝜋 ∗ 𝐷2 ∗ =
1
4𝜋 ∗ 0.7𝑚2 ∗ 0.8613𝑚 = 0.331𝑚3
Este volumen es el que cabe de torta dentro de la centrifuga entonces cuando alcance este
volumen será el tiempo final de una sola descarga de la centrifuga entonces se requiere saber la
cantidad de torta en Kilogramos.
El cálculo de la torta en Kilogramos por centrifuga se hizo de la siguiente forma:
𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑡𝑜𝑟𝑡𝑎 = 𝜌𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠 ∗ 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑡𝑜𝑟𝑡𝑎 = 1200 𝐾𝑔
𝑚3 ∗ 0.331𝑚3 = 397.76 𝐾𝑔
Se propone un numero de centrifugas para ver en cual el tiempo total para terminar la operación
del volumen del fermentador.
Tabla 28. Comportamiento del tiempo de operación dependiendo del número de centrífugas Flujo original 6.25m3/h
No. De centrifugas
Flujo por centrifuga(m3/h)
Flujo másico por centrifuga de sólidos secos(Kg/h)
Flujo másico por centrifuga de sólidos húmedos(Kg/h)
Tiempo de llenado del tazón con sólidos húmedos(h)
Sólidos húmedos totales para llenar las centrifugas(Kg)
TIEMPO TOTAL DE OPERACIÓN(h)
1 6.25 312.5 1562.5 0.25456672 397.760502 62.8518918
2 3.125 156.25 781.25 0.50913344 795.521003 31.4259459
3 2.083333333 104.166667 520.8333333 0.76370016 1193.2815 20.9506306
4 1.5625 78.125 390.625 1.01826688 1591.04201 15.7129729
5 1.25 62.5 312.5 1.27283361 1988.80251 12.5703784
6 1.041666667 52.0833333 260.4166667 1.52740033 2386.56301 10.4753153
7 0.892857143 44.6428571 223.2142857 1.78196705 2784.32351 8.97884168
8 0.78125 39.0625 195.3125 2.03653377 3182.08401 7.85648647
9 0.694444444 34.7222222 173.6111111 2.29110049 3579.84451 6.98354353
10 0.625 31.25 156.25 2.54566721 3977.60502 6.28518918
Calculo de flujo por centrifuga
𝐹. 𝐶. =𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑜𝑟𝑖𝑔𝑖𝑛𝑎𝑙
𝑁𝑜. 𝑑𝑒 𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑖𝑓𝑢𝑔𝑎𝑠
Calculo de flujo másico sólidos humedos
𝐹. 𝑀. = 𝐹. 𝐶.∗ 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑏𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑎
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Calculo de flujo másico de sólidos húmedos
𝐹. 𝑀. 𝐻. =𝐹. 𝑀.
1 − 𝐻𝑈𝑀𝐸𝐷𝐴𝐷
100
Calculo de tiempo de llenado
𝑇. 𝐿𝐿. =𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑡𝑎𝑧𝑜𝑛
𝐹. 𝑀. 𝐻
Calculo para el Kilogramos de llenado de las centrifugas
𝐾. 𝐿𝐿. 𝐶. = 𝑆ó𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑙𝑙𝑒𝑛𝑎𝑟 𝑙𝑎 𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑖𝑓𝑢𝑔𝑎 ∗ 𝑁𝑜. 𝐶𝑒𝑛𝑡𝑟𝑖𝑓𝑢𝑔𝑎
Calculo del tiempo total de operación
𝑇. 𝑇. 𝑂. =𝐾𝑖𝑙𝑜𝑔𝑟𝑎𝑚𝑜𝑠 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑒𝑠
𝐾𝑖𝑙𝑜𝑔𝑟𝑎𝑚𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑙𝑙𝑒𝑛𝑎𝑑𝑜∗ 𝑇. 𝐿𝐿. +𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑖𝑚𝑝𝑖𝑒𝑧𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑑𝑒𝑠𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎
El tiempo de limpieza es 1h
El mejor tiempo y menor número de centrifugas es el de 8 centrifugas y un tiempo total de 7.85 h
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4.5.4 MEMORIA DE CÁLCULO DE LOS MÓDULOS DE ULTRAFILTRACIÓN
4.5.4.1 PARA EL MÓDULO DE UF D-212
Para el cálculo de este módulo se tienen las siguientes características de de un módulo
Tabla 29. Condiciones de operación del módulo de UF D-212
Concentrar:
Para construir la tabla 30. Se propusieron valores de cb desde cbi hasta cbf, para los cuales
se determinó el flux de filtrado, flujo de filtrado, volumen al final de la concentración,
volumen de lavado y velocidad de diafiltración.
Flux de filtrado
Cb
Cgln *k =Jc
101010.2 =Sc xDAB
=
2136.6134Sc*0.023Re =Sh 0.330.8 =
smD
ShD
h
AB /00013738.0 =k =
A (m2) 19.5
Dh (m) 0.001
tpropuesto (h) 1
Re 4000
0.1445
ρ (kg/m3) 1070
DAB (m2/s) 6.43E-11
Vo (m3) 40.65
Cg (g/L) 350
Cbi (g/L) 0.12
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Por lo tanto para cada valor de cb propuesto se determinó su flux de filtrado, empleando K y Cg ,
los cuales se muestran en la tabla 30.
Cb
Cgln *k =Jc
Flujo de filtrado
A*J=F C
Volumen al final de la concentración
b
bi
C
C*V=V o
c
Volumen de lavado
5*V=V Cl
Velocidad de diafiltración
l
iónDiafiltracV
F= v
Tabla 30. Determinación del flux de filtrado, flujo de filtrado, volumen al final de la concentración, volumen de lavado y velocidad de diafiltración a diferentes concentraciones de albúmina.
Cb (g/L) Jc (m/s) F (m3/s) Vc (m3) Vl (m
3) VDiafriltración (s-1)
0.12 1.0961E-03 2.1374E-02 40.6500 203.2500 1.0516E-04
1 8.0479E-04 1.5693E-02 4.8780 24.3900 6.4343E-04
3 6.5386E-04 1.2750E-02 1.6260 8.1300 1.5683E-03
3.5 6.3268E-04 1.2337E-02 1.3937 6.9686 1.7704E-03
4.21 6.0730E-04 1.1842E-02 1.1587 5.7933 2.0441E-03
4.5 5.9815E-04 1.1664E-02 1.0840 5.4200 2.1520E-03
5 5.8368E-04 1.1382E-02 0.9756 4.8780 2.3333E-03
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Nota: Si bien el criterio de selección es la Cbf es aquella a la que se tenga la mayor
velocidad de diafiltración, sin embargo, también debe tomarse en cuenta el volumen
de la tapa del tanque de almacenamiento, ya que un volumen inferior a este sería
imposible mover por los impulsores.
Por tanto, ya que el volumen de la tapa del tanque que almacena la solución a concentrar tiene un
volumen de tapa de 1.159 m3, la concentración final será 4.21 g/L, a la cual comenzaremos el
proceso de diafiltración.
Factor de concentración
bi
bf
C
C=f
Volumen de permeado
CV-OP V=V
Flux promedio
CfJ-+ CiCfAV J0.33J=J
Tabla 31. Concentraciones, volúmenes y flux finales en el proceso
Diafiltrar:
El proceso de diafiltración se realizará dentro de los siguientes parámetros:
5.5 5.7058E-04 1.1126E-02 0.8869 4.4345 2.5090E-03
Cbi (g/L) 0.12 Vo (m3) 40.6500 Jci (m/s) 1.0961E-03
Cbf (g/L) 4.21 Vc (m3) 1.1587 Jcf (m/s) 6.0730E-04
F 35.08 Vp (m3) 39.4913 Jav (m/s) 7.6860E-04
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Tabla 32. Parámetros para diafiltrar
Cdi (g/L) 4.21 VoD (m3) 1.1587 JD (m/s) 6.0730E-04
Cdf (g/L) 4.21 VfD (m3) 1.1587
Vl (m3) 5.7933
Tiempo de diafiltración y concentración
propuestoCD t=t t +
+
P
AV
D
l
V
J
J
V*1
t= t
propuesto
C
Ct-propuestoD t= t
Áreas de diafiltración y concentración, número de cartuchos
CD A=A
D
D
J
t/V=A l
D
AV
C
J
t/V=A
p
C
CAV
C
AJ
t
*
/V=N
p
C
tC (h) 0.8434
tD (h) 0.1566
AC (m2) 16.9223 NC 1
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Dimensiones del módulo de UF
4.5.4.2 PARA EL MÓDULO DE UF D-223
Tabla 33. Condiciones de operación del módulo de UF D-212
A (m2) 2.1
Dh (m) 0.001
t (h) 1
Re 4000
0.12
ρ (kg/m3) 1000
DAB (m2/s) 6.43E-11
Vo (m3) 0.78
Cg (g/L) 350
Cbi (g/L) 6.25
Concentrar:
Para construir la tabla 34. Se propusieron valores de cb desde cbi hasta cbf, para los cuales
se determinó el flux de filtrado, flujo de filtrado, volumen al final de la concentración,
volumen de lavado y velocidad de diafiltración.
Flux de filtrado
AD (m2) 16.9223 ND 1
H (m) 1.39
D (m) 0.168
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Debido a que la albúmina ya no esta en medio de cultivo, sino en soluciones de buffer se
volvió a calcular la k a las nuevas condiciones de viscosidad y densidad:
Cb
Cgln *k =Jc
61087.1 =Sc xDAB
=
2054.92521Sc*0.023Re =Sh 0.330.8 =
smD
ShD
h
AB /00013213.0 =k =
Por lo tanto para cada valor de cb propuesto se determinó su flux de filtrado, empleando K y Cg ,
los cuales se muestran en la tabla 34.
Cb
Cgln *k =Jc
Flujo de filtrado
A*J=F C
Volumen al final de la concentración
b
bi
C
C*V=V o
c
Volumen de lavado
5*V=V Cl
Velocidad de diafiltración
l
iónDiafiltracV
F= v
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Tabla 34. Determinación de flux de filtrado, flujo de filtrado, volumen al final de la concentración, volumen de lavado y velocidad de diafiltración a diferentes concentraciones de albúmina.
Cb (g/L) Jc (m/s) F (m3/s) Vc (m3) Vl (m
3) VDiafriltración
(s-1)
6.25 5.3188E-04 1.1169E-03 0.7800 3.9000 2.8640E-04
12 4.4568E-04 9.3594E-04 0.4063 2.0313 4.6077E-04
24 3.5410E-04 7.4360E-04 0.2031 1.0156 7.3216E-04
36 3.0052E-04 6.3110E-04 0.1354 0.6771 9.3208E-04
48 2.6251E-04 5.5127E-04 0.1016 0.5078 1.0856E-03
60 2.3303E-04 4.8935E-04 0.0813 0.4063 1.2046E-03
72 2.0894E-04 4.3876E-04 0.0677 0.3385 1.2960E-03
84 1.8857E-04 3.9599E-04 0.0580 0.2902 1.3646E-03
96 1.7092E-04 3.5894E-04 0.0508 0.2539 1.4137E-03
108 1.5536E-04 3.2626E-04 0.0451 0.2257 1.4456E-03
120 1.4144E-04 2.9702E-04 0.0406 0.2031 1.4623E-03
132 1.2885E-04 2.7058E-04 0.0369 0.1847 1.4653E-03
144 1.1735E-04 2.4643E-04 0.0339 0.1693 1.4558E-03
156 1.0677E-04 2.2422E-04 0.0313 0.1563 1.4350E-03
168 9.6981E-05 2.0366E-04 0.0290 0.1451 1.4037E-03
180 8.7864E-05 1.8452E-04 0.0271 0.1354 1.3626E-03
192 7.9337E-05 1.6661E-04 0.0254 0.1270 1.3124E-03
204 7.1326E-05 1.4979E-04 0.0239 0.1195 1.2536E-03
211.96 6.6269E-05 1.3916E-04 0.0230 0.1150 1.2101E-03
228 5.6630E-05 1.1892E-04 0.0214 0.1069 1.1124E-03
Nota: El volumen de la tapa del tanque que almacena la solución es de 0.0230 m3, la
concentración final será 211.96 g/L, a la cual comenzaremos el proceso de diafiltración.
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Factor de concentración
bi
bf
C
C=f
Volumen de permeado
CV-OP V=V
Flux promedio
CfJ-+ CiCfAV J0.33J=J
Tabla 35. Concentraciones, volúmenes y flux en el proceso de concentración.
Cbi (g/L) 6.25 Vo (m3) 0.7800 Jci (m/s) 5.3188E-04
Cbf (g/L) 211.96 Vc (m3) 0.0230 Jcf (m/s) 6.6269E-05
f 33.91 Vp (m3) 0.7570 Jav (m/s) 2.1992E-04
Diafiltrar:
Tabla 36. El proceso de diafiltración se realizará dentro de los siguientes parámetros:
tC (h) 0.6648
tD (h) 0.3352
Cdi (g/L) 211.96 VoD (m3) 0.0230 JD (m/s) 6.6269E-05
Cdf (g/L) 211.96 VfD (m3) 0.0230
Vl (m3) 0.1150
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Tiempo de diafiltración y concentración
propuestoCD t=t t +
+
P
AV
D
l
V
J
J
V*1
t= t
propuesto
C
Ct-propuestoD t= t
Áreas de diafiltración y concentración, número de cartuchos
CD A=A
D
D
J
t/V=A l
D
AV
C
J
t/V=A
p
C
CAV
C
AJ
t
*
/V=N
p
C
AC (m2) 1.4382 NC 1
AD (m2) 1.4382 ND 1
Dimensiones del módulo de UF
H (m) 0.693
D (m) 0.091
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 123
4.5.4.3 PARA EL MÓDULO DE UF D-233
Tabla 37. Condiciones de operación del módulo de UF D-233
A (m2) 9
Dh (m) 0.001
t (h) 4
Re 4000
0.12
ρ (kg/m3) 1000
DAB (m2/s) 6.43E-11
Vo (m3) 0.4683
Cg (g/L) 350
Cbi (g/L) 10.4167
Concentrar:
Para construir la tabla 38. Se propusieron valores de cb desde cbi hasta cbf, para los cuales
se determinó su el flux de filtrado, flujo de filtrado, volumen al final de la concentración,
volumen de lavado y velocidad de diafiltración.
Flux de filtrado
Debido a que la albúmina ya no esta en medio de cultivo, sino en soluciones de buffer se volvió a
calcular la k a las nuevas condiciones de viscosidad y densidad:
Cb
Cgln *k =Jc
61087.1 =Sc xDAB
=
2054.92521Sc*0.023Re =Sh 0.330.8 =
smD
ShD
h
AB /00013213.0 =k =
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Por lo tanto para cada valor de cb propuesto se determinó su flux de filtrado, empleando K y Cg ,
los cuales se muestran en la tabla 38.
Cb
Cgln *k =Jc
Flujo de filtrado
A*J=F C
Volumen al final de la concentración
b
bi
C
C*V=V o
c
Volumen de lavado
5*V=V Cl
Velocidad de diafiltración
l
iónDiafiltracV
F= v
Tabla 38. Determinación de flux de filtrado, flujo de filtrado, volumen al final de la concentración, volumen de lavado y velocidad de diafiltración a diferentes concentraciones de albúmina.
Cb (g/L) Jc (m/s) F (m3/s) Vc (m3) Vl (m
3) VDiafriltración
(s-1)
10.4167 4.6438E-04 4.1794E-03 0.4683 2.3415 1.7849E-03
20 3.7819E-04 3.4037E-03 0.2439 1.2195 2.7910E-03
40 2.8660E-04 2.5794E-03 0.1220 0.6098 4.2301E-03
60 2.3303E-04 2.0972E-03 0.0813 0.4065 5.1591E-03
80 1.9501E-04 1.7551E-03 0.0610 0.3049 5.7567E-03
100 1.6553E-04 1.4898E-03 0.0488 0.2439 6.1079E-03
120 1.4144E-04 1.2730E-03 0.0407 0.2033 6.2628E-03
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140 1.2107E-04 1.0896E-03 0.0348 0.1742 6.2544E-03
160 1.0343E-04 9.3085E-04 0.0305 0.1524 6.1062E-03
180 8.7864E-05 7.9078E-04 0.0271 0.1355 5.8358E-03
200 7.3943E-05 6.6549E-04 0.0244 0.1220 5.4569E-03
220 6.1349E-05 5.5215E-04 0.0222 0.1109 4.9803E-03
240 4.9853E-05 4.4867E-04 0.0203 0.1016 4.4149E-03
260 3.9276E-05 3.5349E-04 0.0188 0.0938 3.7681E-03
280 2.9484E-05 2.6536E-04 0.0174 0.0871 3.0463E-03
300 2.0368E-05 1.8331E-04 0.0163 0.0813 2.2547E-03
320 1.1841E-05 1.0657E-04 0.0152 0.0762 1.3981E-03
340 3.8302E-06 3.4472E-05 0.0143 0.0717 4.8052E-04
348.44 5.9025E-07 5.3122E-06 0.0140 0.0700 7.5889E-05
Nota: El volumen de la tapa del tanque que almacena la solución es de 0.0140 m3, la
concentración final será 348.44 g/L, a la cual comenzaremos el proceso de diafiltración.
Factor de concentración
bi
bf
C
C=f
Volumen de permeado
CV-OP V=V
Flux promedio
CfJ-+ CiCfAV J0.33J=J
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Tabla 39. Concentraciones, volúmenes y flux del proceso de concentración.
Cbi (g/L) 10.4167 Vo (m3) 0.4683 Jci (m/s) 4.6438E-04
Cbf (g/L) 348.44 Vc (m3) 0.0140 Jcf (m/s) 5.9025E-07
f 33.45 Vp (m3) 0.4543 Jav (m/s) 1.5364E-04
Diafiltrar:
Tabla 40. El proceso de diafiltración se realizará dentro de los siguientes parámetros:
Cdi (g/L) 348.44 VoD (m3) 0.0140 JD (m/s) 5.9025E-07
Cdf (g/L) 348.44 VfD (m3) 0.0140
Vl (m3) 0.0700
Tiempo de diafiltración y concentración
propuestoCD t=t t +
+
P
AV
D
l
V
J
J
V*1
t= t
propuesto
C
Ct-propuestoD t= t
Áreas de diafiltración y concentración, número de cartuchos
CD A=A
D
D
J
t/V=A l
D
tC (h) 0.0973
tD (h) 3.9027
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AV
C
J
t/V=A
p
C
CAV
C
AJ
t
*
/V=N
p
C
Dimensiones del módulo de UF
4.5.4.4 PARA EL MÓDULO DE UF D-243
Tabla 41. Condiciones de operación del módulo de UF D-243
AC (m2) 8.4410 NC 0.938
AD (m2) 8.4410 ND 0.94
H (m) 0.813
D (m) 0.168
A (m2) 9
Dh (m) 0.001
t (h) 4
Re 4000
m(kg/m s) 0.12
ρ (kg/m3) 1000
DAB (m2/s) 6.43E-11
Vo (m3) 0.3122
Cg (g/L) 350
Cbi (g/L) 15.625
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 128
Concentrar:
Para construir la tabla 42. Se propusieron valores de cb desde cbi hasta cbf, para los cuales se
determinó el flux de filtrado, flujo de filtrado, volumen al final de la concentración, volumen de
lavado y velocidad de diafiltración.
Flux de filtrado
Debido a que la albúmina ya no esta en medio de cultivo, sino en soluciones de buffer se volvió a
calcular la k a las nuevas condiciones de viscosidad y densidad:
Cb
Cgln *k =Jc
61087.1 =Sc xDAB
=
2054.92521Sc*0.023Re =Sh 0.330.8 =
smD
ShD
h
AB /00013213.0 =k =
Por lo tanto para cada valor de cb propuesto se determinó su flux de filtrado, empleando K y Cg , los cuales se muestran en la tabla 42.
Cb
Cgln *k =Jc
Flujo de filtrado
A*J=F C
Volumen al final de la concentración
b
bi
C
C*V=V o
c
Volumen de lavado
5*V=V Cl
Velocidad de diafiltración
l
iónDiafiltracV
F= v
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 129
Tabla 42. Determinación de flux de filtrado, flujo de filtrado, volumen al final de la concentración, volumen de lavado y velocidad de diafiltración a diferentes concentraciones de albúmina.
Nota: El volumen de la tapa del tanque que almacena la solución es de 0.0140 m3, la
concentración final será 348.43 g/L, a la cual comenzaremos el proceso de diafiltración.
Cb (g/L) Jc (m/s) F (m3/s) Vc (m3) Vl (m
3) VDiafriltración
(s-1)
15.625 4.1081E-04 3.6972E-03 0.3122 1.5610 2.3685E-03
20 3.7819E-04 3.4037E-03 0.2439 1.2195 2.7910E-03
40 2.8660E-04 2.5794E-03 0.1220 0.6098 4.2302E-03
60 2.3303E-04 2.0972E-03 0.0813 0.4065 5.1591E-03
80 1.9501E-04 1.7551E-03 0.0610 0.3049 5.7567E-03
100 1.6553E-04 1.4898E-03 0.0488 0.2439 6.1080E-03
120 1.4144E-04 1.2730E-03 0.0407 0.2033 6.2628E-03
140 1.2107E-04 1.0896E-03 0.0348 0.1742 6.2544E-03
160 1.0343E-04 9.3085E-04 0.0305 0.1524 6.1063E-03
180 8.7864E-05 7.9078E-04 0.0271 0.1355 5.8359E-03
200 7.3943E-05 6.6549E-04 0.0244 0.1220 5.4569E-03
220 6.1349E-05 5.5215E-04 0.0222 0.1109 4.9803E-03
240 4.9853E-05 4.4867E-04 0.0203 0.1016 4.4149E-03
260 3.9276E-05 3.5349E-04 0.0188 0.0938 3.7681E-03
280 2.9484E-05 2.6536E-04 0.0174 0.0871 3.0463E-03
300 2.0368E-05 1.8331E-04 0.0163 0.0813 2.2547E-03
320 1.1841E-05 1.0657E-04 0.0152 0.0762 1.3981E-03
340 3.8302E-06 3.4472E-05 0.0143 0.0717 4.8053E-04
348.43 5.9404E-07 5.3463E-06 0.0140 0.0700 7.6375E-05
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 130
Factor de concentración
bi
bf
C
C=f
Volumen de permeado
CV-OP V=V
Flux promedio
CfJ-+ CiCfAV J0.33J=J
Tabla 43. Concentraciones, volúmenes y flux en la concentración.
Cbi (g/L) 15.625 Vo (m3) 0.3122 Jci (m/s) 4.1081E-04
Cbf (g/L) 348.43 Vc (m3) 0.0140 Jcf (m/s) 5.9404E-07
f 22.30 Vp (m3) 0.2982 Jav (m/s) 1.3596E-04
Diafiltrar:
El proceso de diafiltración se realizará dentro de los siguientes parámetros:
Cdi (g/L) 348.43 VoD (m3) 0.0140 JD (m/s) 5.9404E-07
Cdf (g/L) 348.43 VfD (m3) 0.0140
Vl (m3) 0.0700
Tiempo de diafiltración y concentración
propuestoCD t=t t +
+
P
AV
D
l
V
J
J
V*1
t= t
propuesto
C
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 131
Ct-propuestoD t= t
Áreas de diafiltración y concentración, número de cartuchos
CD A=A
D
D
J
t/V=A l
D
AV
C
J
t/V=A
p
C
CAV
C
AJ
t
*
/V=N
p
C
Dimensiones del módulo de UF
H (m) 0.813
D (m) 0.168
tC (h) 0.0731
tD (h) 3.9269
AC (m2) 8.3356 NC 0.926
AD (m2) 8.3356 ND
0.926
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 132
4.5.5 COLUMNAS DE CROMATOGRAFÍA
4.5.5.1 DIMENSIONAMIENTO DE COLUMNA DE INTERCAMBIO IÓNICO H-220
Para el cálculo de las dimensiones de la columna se requiere calcular la cantidad de resina
necesaria para separar la concentración de HSAr. El volumen a procesar en la columna H-220 es de
1159 l a una concentración de 4.21 g/l de HSAr, la solución tiene una viscosidad () de 0.12 Pa*s,
densidad () de 1070 kg/m3. La resina es un gel compuesta por partículas de 300 m de diámetro,
porosidad (ε) de 0.6, afinidad a HSAr de 50 g/l y soporta una caída de presión (P) de hasta 3 bar.
El criterio de escalamiento es la velocidad superficial dentro de la columna que se maneja en la
separación a nivel laboratorio de la HSAr que es de 8.33*10-4 m/s.
1. Cálculo de la cantidad de resina a utilizar.
𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑛𝑎 =𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝐻𝑆𝐴𝑟 ∗ 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟
𝑎𝑓𝑖𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑛𝑎
𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑛𝑎 =4.21
𝑔𝑙∗ 1159 𝑙
50𝑔𝑙
𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑛𝑎 = 97.59 𝑙
2. Volumen de la columna
El volumen de la columna será la cantidad de resina a utilizar, considerando un 40% más para el
efecto de la expansión del gel dentro de la columna.
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 = 𝑐𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑛𝑎 + 40%
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 = 97.59 𝑙 + 0.6 ∗ 97.59 𝑙
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 = 156 𝑙
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 = 0.156 𝑚3
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 133
Con el cálculo del volumen de la columna y la velocidad superficial que debe mantenerse dentro
de esta columna, se proponen una serie de valores de tiempo de proceso para calcular el flujo de
alimentación. Posteriormente se realiza el cálculo del área de flujo y con ello se encuentra el valor
del diámetro de la columna. La longitud de la columna se obtiene de la fórmula de volumen de la
columna y se calcula la caída de presión dentro de esa columna diseñada a los parámetros
establecidos. El criterio de selección serán aquellas dimensiones de columna donde la caída de
presión sea menor de 2 bar y se mantenga una relación L/D=3.
3. Dimensiones de la columna.
Para 0.5 h:
𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 =𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟
𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜
𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 =1.159 𝑚3
0.5
𝑭𝒍𝒖𝒋𝒐 𝒅𝒆 𝒂𝒍𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒂𝒄𝒊ó𝒏 = 𝟐. 𝟑𝟏𝟖𝒎𝟑
𝒉
Cálculo del área de flujo:
Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 =𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛
𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 ∗ 3600
Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 =2.318
𝑚3
8.33 ∗ 10−4 𝑚𝑠
∗3600𝑠
1
Á𝒓𝒆𝒂 𝒅𝒆 𝒇𝒍𝒖𝒋𝒐 = 𝟎. 𝟕𝟕𝟑 𝒎𝟐
Despeje de diámetro de la fórmula del área de flujo de la columna:
Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 =𝜋
4𝐷2
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 134
𝐷𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 = 4 ∗ Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜
𝜋
𝐷𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 = 4 ∗ 0.733 𝑚2
𝜋
𝑫𝒊á𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐 = 𝟎. 𝟗𝟗𝟐 𝒎
Cálculo de longitud de la columna despejando la fórmula del volumen de la columna:
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 =𝜋
4∗ 𝐷2 ∗ 𝐿
𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 =4 ∗ 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎
𝜋 ∗ 𝐷2
𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 =4 ∗ 0.156 𝑚3
𝜋 ∗ 0.992 𝑚 2
𝑳𝒐𝒏𝒈𝒊𝒕𝒖𝒅 = 𝟎. 𝟐𝟎𝟐 𝒎
Por último se calcula la caída de presión en una columna empacada con esas dimensiones,
mediante la fórmula proporcionada en el Mc Cabe:
∆𝑃 = 150 ∗ μ ∗ vel sup.∗ 1 − ε 2
𝐷𝑝2 ∗ 𝜀3 +1.75 ∗ ρ ∗ vel sup.∗ 1 − ε
𝐷𝑝 ∗ 𝜀3 ∗ 𝐿
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 135
∆𝑃 = 150 ∗ 0.12 Pa ∗ s ∗ 8.33 ∗ 10−4 𝑚
𝑠 ∗ 1 − 0.6 2
3 ∗ 10−4𝑚 2 ∗ 0.63
+1.75 ∗ 1070
kgm3 ∗ 8.33 ∗ 10−4 𝑚
𝑠 ∗ 1 − 0.6
3 ∗ 10−4𝑚 ∗ 0.63 ∗ 0.202𝑚
∆𝑃 = 2.49 ∗ 104𝑃𝑎
∆𝑷 = 𝟎. 𝟐𝟓 𝒃𝒂𝒓
Se hace el mismo cálculo para diferentes valores de tiempo de proceso desde 0.5 h hasta 10 h,
obteniéndose la siguiente tabla:
Tabla 44. Cálculos realizados a diferentes tiempos de proceso para el dimensionamiento.
tiempo (h)
Flujo alimentación
(m3/h)
Área de flujo (m2)
Diámetro columna
(m)
Longitud de columna
(m) P (Pa) P (bar)
0.50 2.3180 0.7730 0.9921 0.2020 2.49E+04 0.25
0.60 1.9317 0.6441 0.9056 0.2424 2.99E+04 0.30
0.70 1.6557 0.5521 0.8384 0.2828 3.49E+04 0.35
0.80 1.4488 0.4831 0.7843 0.3232 3.99E+04 0.40
0.90 1.2878 0.4294 0.7394 0.3636 4.49E+04 0.45
1.00 1.1590 0.3865 0.7015 0.4040 4.99E+04 0.50
2.00 0.5795 0.1932 0.4960 0.8080 9.97E+04 1.00
3.00 0.3863 0.1288 0.4050 1.2120 1.50E+05 1.50
4.00 0.2898 0.0966 0.3507 1.6160 1.99E+05 1.99
5.00 0.2318 0.0773 0.3137 2.0200 2.49E+05 2.49
6.00 0.1932 0.0644 0.2864 2.4240 2.99E+05 2.99
7.00 0.1656 0.0552 0.2651 2.8280 3.49E+05 3.49
8.00 0.1449 0.0483 0.2480 3.2320 3.99E+05 3.99
9.00 0.1288 0.0429 0.2338 3.6360 4.49E+05 4.49
10.00 0.1159 0.0386 0.2218 4.0400 4.99E+05 4.99
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 136
La fila resaltada con el color anaranjado señala las condiciones de operación, así como las
dimensiones de la columna a seleccionar para que la caída de presión y la velocidad superficial se
cumplan.
Por lo tanto la columna de intercambio iónico H-220 tendrá una longitud de 1.21 m, diámetro de
0.40 m y la caída de presión dentro de la columna será de 1.5 bar. Este proceso de adsorción se
llevará a cabo en un tiempo de 3 h, manteniendo un flujo de alimentación de 0.386 m3/h.
4.5.5.2 DIMENSIONAMIENTO DE COLUMNA DE INTERCAMBIO IÓNICO H-230
Para el cálculo de las dimensiones de la columna se requiere calcular la cantidad de resina
necesaria para separar la concentración de HSAr. El volumen a procesar en la columna H-220 es de
200 l a una concentración de 24.39 g/l de HSAr, la solución tiene una viscosidad () de 0.12 Pa*s,
densidad () de 1070 kg/m3. La resina es un gel compuesta por partículas de 300 m de diámetro,
porosidad (ε) de 0.6, afinidad a HSAr de 50 g/l y soporta una caída de presión (P) de hasta 3 bar.
El criterio de escalamiento es la velocidad superficial dentro de la columna que se maneja en la
separación a nivel laboratorio de la HSAr que es de 8.33*10-4 m/s.
1. Cálculo de la cantidad de resina a utilizar.
𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑛𝑎 =𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝐻𝑆𝐴𝑟 ∗ 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟
𝑎𝑓𝑖𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑛𝑎
𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑛𝑎 =24.39
𝑔𝑙∗ 200 𝑙
50𝑔𝑙
𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑛𝑎 = 97.56 𝑙
2. Volumen de la columna
El volumen de la columna será la cantidad de resina a utilizar, considerando un 40% más para el
efecto de la expansión del gel dentro de la columna.
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 = 𝑐𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑛𝑎 + 40%
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𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 = 97.56 𝑙 + 0.6 ∗ 97.56 𝑙
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 = 156 𝑙
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 = 0.156 𝑚3
Con el cálculo del volumen de la columna y la velocidad superficial que debe mantenerse dentro
de esta columna, se proponen una serie de valores de tiempo de proceso para calcular el flujo de
alimentación. Posteriormente se realiza el cálculo del área de flujo y con ello se encuentra el valor
del diámetro de la columna. La longitud de la columna se obtiene de la fórmula de volumen de la
columna y se calcula la caída de presión dentro de esa columna diseñada a los parámetros
establecidos. El criterio de selección serán aquellas dimensiones de columna donde la caída de
presión sea menor de 2 bar y se mantenga una relación L/D=3.
3. Dimensiones de la columna.
Para 0.5 h:
𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 =𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟
𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜
𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 =0.20 𝑚3
0.5
𝑭𝒍𝒖𝒋𝒐 𝒅𝒆 𝒂𝒍𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒂𝒄𝒊ó𝒏 = 𝟎. 𝟒𝟎𝒎𝟑
𝒉
Cálculo del área de flujo:
Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 =𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛
𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 ∗ 3600
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Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 =0.40
𝑚3
8.33 ∗ 10−4 𝑚𝑠
∗3600𝑠
1
Á𝒓𝒆𝒂 𝒅𝒆 𝒇𝒍𝒖𝒋𝒐 = 𝟎. 𝟏𝟑𝟑𝟒 𝒎𝟐
Despeje de diámetro de la fórmula del área de flujo de la columna:
Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 =𝜋
4𝐷2
𝐷𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 = 4 ∗ Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜
𝜋
𝐷𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 = 4 ∗ 0.1334 𝑚2
𝜋
𝑫𝒊á𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐 = 𝟎. 𝟒𝟏𝟐𝟏 𝒎
Cálculo de longitud de la columna despejando la fórmula del volumen de la columna:
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 =𝜋
4∗ 𝐷2 ∗ 𝐿
𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 =4 ∗ 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎
𝜋 ∗ 𝐷2
𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 =4 ∗ 0.156 𝑚3
𝜋 ∗ 0.1334 𝑚 2
𝑳𝒐𝒏𝒈𝒊𝒕𝒖𝒅 = 𝟏. 𝟏𝟕𝟎𝟑 𝒎
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Por último se calcula la caída de presión en una columna empacada con esas dimensiones,
mediante la fórmula proporcionada en el Mc Cabe:
∆𝑃 = 150 ∗ μ ∗ vel sup.∗ 1 − ε 2
𝐷𝑝2 ∗ 𝜀3 +1.75 ∗ ρ ∗ vel sup.∗ 1 − ε
𝐷𝑝 ∗ 𝜀3 ∗ 𝐿
∆𝑃 = 150 ∗ 0.12 Pa ∗ s ∗ 8.33 ∗ 10−4 𝑚
𝑠 ∗ 1 − 0.6 2
3 ∗ 10−4𝑚 2 ∗ 0.63
+1.75 ∗ 1070
kgm3 ∗ 8.33 ∗ 10−4 𝑚
𝑠 ∗ 1 − 0.6
3 ∗ 10−4𝑚 ∗ 0.63 ∗ 1.1703𝑚
∆𝑃 = 1.75 ∗ 105𝑃𝑎
∆𝑷 = 𝟏. 𝟕𝟓 𝒃𝒂𝒓
Se hace el mismo cálculo para diferentes valores de tiempo de proceso desde 0.5 h hasta 10 h,
obteniéndose la siguiente tabla:
Tabla 45. Cálculos realizados a diferentes tiempos de proceso para el dimensionamiento.
tiempo
(h)
Flujo
alimentación
(m3/h)
Área de
flujo
(m2)
Diámetro
columna
(m)
Longitud de
columna
(m)
P (Pa) P (bar)
0.50 0.4000 0.1334 0.4121 1.1703 1.75E+05 1.75
0.60 0.3333 0.1112 0.3762 1.4043 2.09E+05 2.09
0.70 0.2857 0.0953 0.3483 1.6384 2.44E+05 2.44
0.80 0.2500 0.0834 0.3258 1.8724 2.79E+05 2.79
0.90 0.2222 0.0741 0.3072 2.1065 3.14E+05 3.14
1.00 0.2000 0.0667 0.2914 2.3405 3.49E+05 3.49
2.00 0.1000 0.0333 0.2061 4.6810 6.98E+05 6.98
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3.00 0.0667 0.0222 0.1682 7.0215 1.05E+06 10.47
4.00 0.0500 0.0167 0.1457 9.3620 1.40E+06 13.96
5.00 0.0400 0.0133 0.1303 11.7025 1.75E+06 17.45
6.00 0.0333 0.0111 0.1190 14.0430 2.09E+06 20.94
7.00 0.0286 0.0095 0.1101 16.3835 2.44E+06 24.43
8.00 0.0250 0.0083 0.1030 18.7240 2.79E+06 27.92
9.00 0.0222 0.0074 0.0971 21.0645 3.14E+06 31.41
10.00 0.0200 0.0067 0.0922 23.4050 3.49E+06 34.90
La fila resaltada con el color anaranjado señala las condiciones de operación, así como las
dimensiones de la columna a seleccionar para que la caída de presión y la velocidad superficial se
cumplan.
Por lo tanto la columna de intercambio iónico H-230 tendrá una longitud de 1.17 m, diámetro de
0.41 m y la caída de presión dentro de la columna será de 1.75 bar. Este proceso de adsorción se
llevará a cabo en un tiempo de 0.5 h, manteniendo un flujo de alimentación de 0.4 m3/h.
4.5.5.3 DIMENSIONAMIENTO DE COLUMNA DE INTERCAMBIO IÓNICO H-240
Para el cálculo de las dimensiones de la columna se requiere calcular la cantidad de resina
necesaria para separar la concentración de HSAr. El volumen a procesar en la columna H-240 es de
200 l a una concentración de 24.39 g/l de HSAr, la solución tiene una viscosidad () de 0.12 Pa*s,
densidad () de 1070 kg/m3. La resina es un gel compuesta por partículas de 300 m de diámetro,
porosidad (ε) de 0.6, afinidad a HSAr de 50 g/l y soporta una caída de presión (P) de hasta 3 bar.
El criterio de escalamiento es la velocidad superficial dentro de la columna que se maneja en la
separación a nivel laboratorio de la HSAr que es de 8.33*10-4 m/s.
1. Cálculo de la cantidad de resina a utilizar.
𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑛𝑎 =𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝐻𝑆𝐴𝑟 ∗ 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟
𝑎𝑓𝑖𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑛𝑎
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𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑛𝑎 =24.39
𝑔𝑙∗ 200 𝑙
50𝑔𝑙
𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑛𝑎 = 97.56 𝑙
2. Volumen de la columna
El volumen de la columna será la cantidad de resina a utilizar, considerando un 40% más para el
efecto de la expansión del gel dentro de la columna.
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 = 𝑐𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑛𝑎 + 40%
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 = 97.56 𝑙 + 0.6 ∗ 97.56 𝑙
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 = 156 𝑙
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 = 0.156 𝑚3
Con el cálculo del volumen de la columna y la velocidad superficial que debe mantenerse dentro
de esta columna, se proponen una serie de valores de tiempo de proceso para calcular el flujo de
alimentación. Posteriormente se realiza el cálculo del área de flujo y con ello se encuentra el valor
del diámetro de la columna. La longitud de la columna se obtiene de la fórmula de volumen de la
columna y se calcula la caída de presión dentro de esa columna diseñada a los parámetros
establecidos. El criterio de selección serán aquellas dimensiones de columna donde la caída de
presión sea menor de 2 bar y se mantenga una relación L/D=3.
3. Dimensiones de la columna.
Para 0.5 h:
𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 =𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟
𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜
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𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 =0.20 𝑚3
0.5
𝑭𝒍𝒖𝒋𝒐 𝒅𝒆 𝒂𝒍𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒂𝒄𝒊ó𝒏 = 𝟎. 𝟒𝟎𝒎𝟑
𝒉
Cálculo del área de flujo:
Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 =𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛
𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 ∗ 3600
Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 =0.40
𝑚3
8.33 ∗ 10−4 𝑚𝑠
∗3600𝑠
1
Á𝒓𝒆𝒂 𝒅𝒆 𝒇𝒍𝒖𝒋𝒐 = 𝟎. 𝟏𝟑𝟑𝟒 𝒎𝟐
Despeje de diámetro de la fórmula del área de flujo de la columna:
Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 =𝜋
4𝐷2
𝐷𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 = 4 ∗ Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜
𝜋
𝐷𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 = 4 ∗ 0.1334 𝑚2
𝜋
𝑫𝒊á𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐 = 𝟎. 𝟒𝟏𝟐𝟏 𝒎
Cálculo de longitud de la columna despejando la fórmula del volumen de la columna:
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 =𝜋
4∗ 𝐷2 ∗ 𝐿
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 143
𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 =4 ∗ 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎
𝜋 ∗ 𝐷2
𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 =4 ∗ 0.156 𝑚3
𝜋 ∗ 0.1334 𝑚 2
𝑳𝒐𝒏𝒈𝒊𝒕𝒖𝒅 = 𝟏. 𝟏𝟕𝟎𝟑 𝒎
Por último se calcula la caída de presión en una columna empacada con esas dimensiones,
mediante la fórmula proporcionada en el Mc Cabe:
∆𝑃 = 150 ∗ μ ∗ vel sup.∗ 1 − ε 2
𝐷𝑝2 ∗ 𝜀3 +1.75 ∗ ρ ∗ vel sup.∗ 1 − ε
𝐷𝑝 ∗ 𝜀3 ∗ 𝐿
∆𝑃 = 150 ∗ 0.12 Pa ∗ s ∗ 8.33 ∗ 10−4 𝑚
𝑠 ∗ 1 − 0.6 2
3 ∗ 10−4𝑚 2 ∗ 0.63
+1.75 ∗ 1070
kgm3 ∗ 8.33 ∗ 10−4 𝑚
𝑠 ∗ 1 − 0.6
3 ∗ 10−4𝑚 ∗ 0.63 ∗ 1.1703𝑚
∆𝑃 = 1.75 ∗ 105𝑃𝑎
∆𝑷 = 𝟏. 𝟕𝟓 𝒃𝒂𝒓
Se hace el mismo cálculo para diferentes valores de tiempo de proceso desde 0.5 h hasta 10 h,
obteniéndose la siguiente tabla:
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Tabla 46. Cálculos realizados a diferentes tiempos de proceso para el dimensionamiento.
tiempo
(h)
Flujo
alimentación
(m3/h)
Área de
flujo
(m2)
Diámetro
columna
(m)
Longitud de
columna
(m)
P (Pa) P (bar)
0.50 0.4000 0.1334 0.4121 1.1703 1.75E+05 1.75
0.60 0.3333 0.1112 0.3762 1.4043 2.09E+05 2.09
0.70 0.2857 0.0953 0.3483 1.6384 2.44E+05 2.44
0.80 0.2500 0.0834 0.3258 1.8724 2.79E+05 2.79
0.90 0.2222 0.0741 0.3072 2.1065 3.14E+05 3.14
1.00 0.2000 0.0667 0.2914 2.3405 3.49E+05 3.49
2.00 0.1000 0.0333 0.2061 4.6810 6.98E+05 6.98
3.00 0.0667 0.0222 0.1682 7.0215 1.05E+06 10.47
4.00 0.0500 0.0167 0.1457 9.3620 1.40E+06 13.96
5.00 0.0400 0.0133 0.1303 11.7025 1.75E+06 17.45
6.00 0.0333 0.0111 0.1190 14.0430 2.09E+06 20.94
7.00 0.0286 0.0095 0.1101 16.3835 2.44E+06 24.43
8.00 0.0250 0.0083 0.1030 18.7240 2.79E+06 27.92
9.00 0.0222 0.0074 0.0971 21.0645 3.14E+06 31.41
10.00 0.0200 0.0067 0.0922 23.4050 3.49E+06 34.90
La fila resaltada con el color anaranjado señala las condiciones de operación, así como las
dimensiones de la columna a seleccionar para que la caída de presión y la velocidad superficial se
cumplan.
Por lo tanto la columna de intercambio iónico H-240 tendrá una longitud de 1.17 m, diámetro de
0.41 m y la caída de presión dentro de la columna será de 1.75 bar. Este proceso de adsorción se
llevará a cabo en un tiempo de 0.5 h, manteniendo un flujo de alimentación de 0.4 m3/h.
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 145
4.6 LISTA DE EQUIPOS DEL PROCESO
La lista de equipos se realizó una vez calculado todas las dimensiones así como la cantidad que se
requieren de cada uno.
Tabla 47. Lista de equipos del proceso con algunas características y su precio
Cantidad Equipo Nomenclatura Capacidad Material Costo Total
($)
2 Biorreactores de
producción M-100- (A, B) 50 m3 Ac Inox 304 14,080,000.00
1 Biorreactor semilla M-090 5 m3 Ac Inox 304 2,077,000.00
1 Tanque de mezclado F-080 25 m3 Ac Inox 304 1,258,000.00
1 Tanque de balance F-110 50 m3 Ac Inox 304 1,470,000.00
1 Tanque de
almacenamiento F-210 40 m3 Ac Inox 316 1,829,000.00
1 Tanque de
almacenamiento F-221 0.78 m3 Ac Inox 316 461,500.00
1 Tanque de
almacenamiento F-231 0.5 m3 Ac Inox 316 393,900.00
1 Tanque de
almacenamiento F-241 0.35 m3 Ac Inox 316 348,400.00
8 Centrifuga separadora
westfalia sc-150
D-200- (A, B, C, D,
E, F, G, H) 10 m3/h Ac Inox 304 32,000,000.00
3 Columna de intercambio
iónico H-220/230/240 1.5 m3 Ac. Inox. 316 480,960.60
4
Módulos de
Ultrafiltración de fibras
huecas con accesorios
D-212/230/240 1500 L/h Ac Inox 316 464,000.00
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4.7 DIAGRAMA DE INSTRUMENTACIÓN Y TUBERÍAS
Este diagrama se incluye en el mismo disco donde se guarda este documento.
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4.7.1 MEMORÍA DE CÁLCULO DE TUBERIAS, BOMBAS Y MOTORES
4.7.1.1 CÁLCULO DE BOMBAS
4.7.1.1.1 CALCULO DE BOMBA L-090 PARA ENFRIAMIENTO DEL BIORREACTOR M-090
Las propiedades del agua a 10 °C son las siguientes:
Se escoge una tubería de 1 pulgada con una longitud de tubería de 20 m desde la torre de
enfriamiento pasando por la chaqueta y de regreso a la torre de enfriamiento.
El flujo que se requiere de agua para mantener la temperatura del biorreactor a 35 °C (calculado
previamente en el parcial anterior) es de 6 m3/h a 10 °C, con lo cual se calcula la velocidad en la
tubería.
Posteriormente se realiza el cálculo del número de Reynolds
0.1307Pa s:=
1000kg
m3
:=
g 9.807 103
kg
m2
s2
=:=
Di 26.64mm:=
Dext 33.40mm:=
L 20m:=
Qalim 6m
3
hr:=
v4Qalim
Di2
2.99m
s=:=
Rev Di
609.465=:=
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 149
La rugosidad del acero comercial es: 4.6x10-5 m y usando la ecuación para flujos turbulentos de
Darcy se calcula el factor de fricción.
Las pérdidas de energía en la tubería es
Las pérdidas de energía en la válvula de compuerta con una longitud equivalente de L/D = 8 es la
siguiente
La pérdida de energía en los 5 codos de 90° con una longitud equivalente de L/D = 30 es
La pérdida total de energía es
Para el cálculo de la energía requerida hA se usa la ecuación general de energía
𝜌1
𝛾1+ 𝑧1 +
𝑣12
2 ∙ 𝑔+ 𝐴 − 𝐿 =
𝜌2
𝛾2+ 𝑧2 +
𝑣22
2 ∙ 𝑔
Donde f=Factor de fricción v=Velocidad D=Diámetro de la tuberia L=Longitud de la corriente de flujo
4.5105-m:=
hL fL
D
v2
2g:= f
f0.25
log1
3.7Di
5.74
Re0.9
+
20.083=:=
hLtuberia fL
Di
v2
2g 28.371m=:=
hLvalv f 8v
2
2g 0.302m=:=
hLcodo 4 f 30v
2
2g 4.535m=:=
hLtot hLtuberia hLvalv+ hLcodo+ 33.208m=:=
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Donde
ρ1,2 = Densidad del líquido en la primera y segunda sección
γ1,2 = Peso específico del líquido en la primera y segunda sección
z1,2 = Altura del líquido en la primera y segunda sección
v1,2 = Velocidad de líquido en la primera y segunda sección
g = Aceleración de la gravedad
hA = Energía agregada
hL = Pérdidas de energía
Teniendo en cuenta el siguiente diagrama podemos resolver la ecuación y encontrar hA
Figura 12. Esquema de bombeo para el enfriamiento del biorreactor M-090 durante la fermentación.
1
2 .
. z
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Sustituyendo en la ecuación podemos encontrar hA
Aplicando la siguiente ecuación podemos encontrar la potencia de la bomba requerida
Y la diferencia de presión en la bomba es de
Caudal Qalim 6m
3
hr=:=
z1 0m:=
hliquido 5m:=
v1 0:=
z2 8m:=
v2 v 2.99m
s=:=
Patm 1atm:=
P1 g hliquido Patm+ 1.484atm=:=
P2 1atm:=
hA
P2
z2+
v22
2 g+
P1
- z1-
v12
2 g- hLtot+ 36.664m=:=
Donde PA=Potencia requerida
hAEnergía que se agrega
Q=Flujo volumétrico
PA
hA Q Ef
:=hA
Ef 0.7:=
Pa hA g Qalim
Ef 1.148hp=:=
P bomba hA hLtot- g 0.339bar=:=
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Para calcular el NPSH se usa la siguiente ecuanción
𝐻𝑁𝑃𝑆𝐻 = 𝐻𝑎 − 𝐻𝑧 + 𝐻𝑓 − 𝐻𝑣 − 𝐻𝑣𝑎𝑝
Donde
Ha = cabeza de presión del líquido
Hz = cabeza de altura desde la bomba
Hf = cabeza pérdidas por fricción
Hv = cabeza de velocidad
Hvap = cabeza de vapor del líquido
Teniendo en cuenta la altura desde la bomba hasta la torre de enfriamiento se deduce la cabeza
de altura
Figura 13. Esquema de bombeo de agua de enfriamiento en el biorreactor M-090 durante la fermentación, donde se muestra la altura que hay desde la bomba hasta donde se tiene que bombear el agua, para calcular NPSH.
Hz
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Posteriormente se calcula el NPSH requerido y luego el que se debe disponer en la bomba
tuberia + valvula + codo
Ha
Patm
10.332m=:=
Hz 12- m:=
L1 4m:=
Hf fL1
Di
v2
2g hLvalv+ f 30
v2
2g+ 7.11m=:=
Hvv
2
2 g0.456m=:=
Pvap35 9.2torr:=
Hvap
Pvap35
0.125m=:=
HNPSH Ha Hz- Hf Hv- Hvap-+ 28.861m=:=
NPSHD HNPSH1.1 31.748m=:=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 154
4.7.1.1.2 CALCULO DE BOMBA L-100-A PARA ENFRIAMIENTO DEL BIORREACTOR M-100
Las propiedades del agua a 10 °C son las siguientes:
Se escoge una tubería de 5 pulgadas para disminuir las pérdidas por energía con una longitud total
de 30 m desde la torre de enfriamiento pasando por la chaqueta y de regreso a la torre de
enfriamiento.
El flujo que se requiere de agua para mantener la temperatura del biorreactor a 35 °C (calculado
previamente en el parcial anterior) es de 116 m3/h a 10 °C, con lo cual se calcula la velocidad en la
tubería.
Posteriormente se realiza el cálculo del número de Reynolds
La rugosidad del acero comercial es: 4.6x10-5 m y usando la ecuación para flujos turbulentos de
Darcy se calcula el factor de fricción.
4.5105-m:=
0.1307Pa s:=
1000kg
m3
:=
g 9.807 103
kg
m2
s2
=:=
Di 128.2mm:=
Dext 141.3mm:=
L 30m:=
Qalim 116m
3
hr:=
v4Qalim
Di2
2.496m
s=:=
Rev Di
2.449 10
3=:=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 155
Las pérdidas de energía en la tubería es
Las pérdidas de energía en la válvula de compuerta con una longitud equivalente de L/D = 8 es la
siguiente
La pérdida de energía en los 5 codos de 90° con una longitud equivalente de L/D = 30 es
La pérdida total de energía es
Para el cálculo de la energía requerida hA se usa la ecuación general de energía
𝜌1
𝛾1+ 𝑧1 +
𝑣12
2 ∙ 𝑔+ 𝐴 − 𝐿 =
𝜌2
𝛾2+ 𝑧2 +
𝑣22
2 ∙ 𝑔
Donde f=Factor de fricción v=Velocidad D=Diámetro de la tuberia L=Longitud de la corriente de flujo
hL fL
D
v2
2g:= f
f0.25
log1
3.7Di
5.74
Re0.9
+
20.048=:=
hLtuberia fL
Di
v2
2g 3.566m=:=
hLvalv f 8v
2
2g 0.122m=:=
hLcodo 4 f 30v
2
2g 1.828m=:=
hLtot hLtuberia hLvalv+ hLcodo+ 5.516m=:=
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 156
Donde
ρ1,2 = Densidad del líquido en la primera y segunda sección
γ1,2 = Peso específico del líquido en la primera y segunda sección
z1,2 = Altura del líquido en la primera y segunda sección
v1,2 = Velocidad de líquido en la primera y segunda sección
g = Aceleración de la gravedad
hA = Energía agregada
hL = Pérdidas de energía
Teniendo en cuenta el siguiente diagrama podemos resolver la ecuación y encontrar hA
Figura 14. Esquema del bombeo de agua para enfriamiento del biorreactor M-100 durante la fermentación
1
2 .
. z
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 157
Sustituyendo en la ecuación podemos encontrar hA
Aplicando la siguiente ecuación podemos encontrar la potencia de la bomba requerida
Y la diferencia de presión en la bomba es de
Caudal Qalim 116m
3
hr=:=
z1 0m:=
hliquido 5m:=
v1 0:=
z2 8m:=
v2 v 2.496m
s=:=
Patm 1atm:=
P1 g hliquido Patm+ 1.484atm=:=
P2 1atm:=
hA
P2
z2+
v22
2 g+
P1
- z1-
v12
2 g- hLtot+ 8.834m=:=
Donde PA=Potencia requerida
hA = Energía que se agrega
Q=Flujo volumétrico
PA
hA Q Ef
:=hA
Ef 0.7:=
Pa hA g Qalim
Ef 5.348hp=:=
P bomba hA hLtot- g 0.325bar=:=
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 158
Para calcular el NPSH se usa la siguiente ecuanción
𝐻𝑁𝑃𝑆𝐻 = 𝐻𝑎 − 𝐻𝑧 + 𝐻𝑓 − 𝐻𝑣 − 𝐻𝑣𝑎𝑝
Donde
Ha = cabeza de presión del líquido
Hz = cabeza de altura desde la bomba
Hf = cabeza pérdidas por fricción
Hv = cabeza de velocidad
Hvap = cabeza de vapor del líquido
Teniendo en cuenta la altura desde la bomba hasta la torre de enfriamiento se deduce la cabeza
de altura
Figura 15. Esquema de bombeo de agua de enfriamiento en el biorreactor M-100 durante la fermentación, donde se muestra la altura que existe desde la bomba hasta donde se debe bombear el agua, para el cálculo del NPSH.
Hz
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 159
Posteriormente se calcula el NPSH requerido y luego el que se debe disponer en la bomba
tuberia valvula codo
Ha
Patm
10.332m=:=
Hz 20- m:=
L1 4m:=
Hf fL1
Di
v2
2g hLvalv+ f 30
v2
2g+ 1.054m=:=
Hvv
2
2 g0.318m=:=
Pvap35 9.2torr:=
Hvap
Pvap35
0.125m=:=
HNPSH Ha Hz- Hf Hv- Hvap-+ 30.944m=:=
NPSHD HNPSH1.1 34.038m=:=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 160
4.7.1.1.3 CALCULO DE BOMBA N-100 PARA DESCARGA DEL BIORREACTOR
Las propiedades del medio a 37 °C son las siguientes:
Se escoge una tubería de 5 pulgadas para disminuir las pérdidas por energía con una longitud total
de 18.1 m desde el biorreactor hasta el tanque de balance.
El tiempo que se propone para que se descargue es de 30 minutos y así se calcula el flujo y la
velocidad en la tuberia.
Posteriormente se realiza el cálculo del número de Reynolds
La rugosidad del acero comercial es: 4.6x10-5 m y usando la ecuación para flujos turbulentos de
Darcy se calcula el factor de fricción.
0.154Pa s:=
1070kg
m3
:=
g 1.049 104
kg
m2
s2
=:=
Di 154.1mm:=
Dext 168.3mm:=
L 18.1m:=
Vop 50m3
:=
tdesc 30min:=
Qalim
Vop
tdesc
100m
3
hr=:=
v4Qalim
Di2
1.489m
s=:=
Rev Di
1.595 10
3=:=
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 161
Las pérdidas de energía en la tubería es
Las pérdidas de energía en la válvula de compuerta con una longitud equivalente de L/D = 8 y en la
válvula de verificación con una longitud equivalente de L/D = 300, son las siguientes
La pérdida de energía en los 3 codos de 90° con una longitud equivalente de L/D = 30 es
La pérdida total de energía es
Para el cálculo de la energía requerida hA se usa la ecuación general de energía
𝜌1
𝛾1+ 𝑧1 +
𝑣12
2 ∙ 𝑔+ 𝐴 − 𝐿 =
𝜌2
𝛾2+ 𝑧2 +
𝑣22
2 ∙ 𝑔
Donde f=Factor de fricción v=Velocidad D=Diámetro de la tuberia L=Longitud de la corriente de flujo
4.5105-m:=
hL fL
D
v2
2g:= f
f0.25
log1
3.7Di
5.74
Re0.9
+
20.056=:=
hLtuberia fL
Di
v2
2g 0.74m=:=
hLcomp f 8v
2
2g 0.05m=:=
hLcheck f 100v
2
2g 0.63m=:=
hLcodo 3 f 30v
2
2g 0.567m=:=
hLtot hLtuberia hLcheck+ hLcomp+ hLcodo+ 1.986m=:=
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 162
Donde
ρ1,2 = Densidad del líquido en la primera y segunda sección
γ1,2 = Peso específico del líquido en la primera y segunda sección
z1,2 = Altura del líquido en la primera y segunda sección
v1,2 = Velocidad de líquido en la primera y segunda sección
g = Aceleración de la gravedad
hA = Energía agregada
hL = Pérdidas de energía
Teniendo en cuenta el siguiente diagrama podemos resolver la ecuación y encontrar hA
Figura 16. Esquema de decarga del biorreactor M-100
Sustituyendo en la ecuación podemos encontrar hA
1
2
.
.
Caudal Qalim 100m
3
hr=:=
v1 0:=
hliquido1 6.43m:=
z1 0:=
z2 7.5m:=
v2 v 1.489m
s=:=
Patm 1atm:=
P1 g hliquido1 Patm+ 1.666atm=:=
P2 1atm:=
z
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 163
Aplicando la siguiente ecuación podemos encontrar la potencia de la bomba requerida
Y la diferencia de presión en la bomba es de
Para calcular el NPSH se usa la siguiente ecuanción
𝐻𝑁𝑃𝑆𝐻 = 𝐻𝑎 − 𝐻𝑧 + 𝐻𝑓 − 𝐻𝑣 − 𝐻𝑣𝑎𝑝
Donde
Ha = cabeza de presión del líquido
Hz = cabeza de altura desde la bomba
Hf = cabeza pérdidas por fricción
Hv = cabeza de velocidad
Hvap = cabeza de vapor del líquido
Teniendo en cuenta la altura desde la bomba hasta el tanque de balance podemos encontrar la
NPSH.
hA
P2
z2+
v22
2 g+
P1
- z1-
v12
2 g- hLtot+ 3.17m=:=
Donde PA=Potencia requerida
hAEnergía que se agrega
Q=Flujo volumétrico
PA
hA Q Ef
:=hA
Ef 0.7:=
Pa hA g Qalim
0.65 1.906hp=:=
P bomba hA hLtot- g 0.124bar=:=
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 164
Figura 17. Esquema de descarga del biorreactor M-100 donde se indica la altura desde la bomba hasta el lugar donde se debe depositar el medio agotado.
Posteriormente se calcula el NPSH requerido y luego el que se debe disponer en la bomba
tuberia valvula codo
Ha
Patm
9.656m=:=
Hz 7.5- m:=
L1 4m:=
Hf fL1
Di
v2
2g hLcomp+ f 30
v2
2g+ 0.403m=:=
Hvv
2
2 g0.113m=:=
Pvap35 0.0573kg
cm2
:=
Hvap
Pvap35
0.536m=:=
HNPSH Ha Hz- Hf Hv- Hvap-+ 16.91m=:=
NPSHD HNPSH1.1 18.602m=:=
1
2
.
.
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 165
4.7.1.1.4 CÁLCULO DE POTENCIA DE BOMBA L-242 (MÓDULOS)
Propiedades de la solución a trabajar:
Viscosidad: 0.120 Pa·s
Densidad: 1050 kg / m3
Peso especifico: 1.03 x 104 kg / m2·s2
La potencia de una bomba se calcula con la siguiente ecuación:
Donde: PA= Potencia requerida
hA= Energía que se agrega
Q= Flujo volumétrico
La ecuación general de energía es la siguiente:
Donde: ρ1,2 = Densidad del líquido en la primera y segunda sección
γ = Peso específico z1,2 = Altura del líquido en la primera y segunda sección
v1,2 = Velocidad de líquido en la primera y segunda sección
g = Aceleración de la gravedad hA = Energía agregada
hL = Pérdidas de energía
A1
z1+
v12
2 g+ hA+ hL-:=
1B
2
z2+
v22
2 g+:=
2
PA
hA Q Ef
:=hA
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 166
hL fL
D
v2
2g:= f
Para el cálculo de pérdidas de energía se utiliza la ecuación de Darcy:
Donde: f = Factor de fricción v = Velocidad D = Diámetro de la tubería L = Longitud de la corriente de flujo
La rugosidad del acero comercial es: 4.6x10-5 m
A la entrada del líquido en los módulos Acero Inoxidable cédula 40
Diámetro de las tuberías (se propone la velocidad de operación, mientras que el volumen y el tiempo de operación vienen dados de cálculos anteriores:
En base al Dint calculado, se busca una tubería en tablas que cumpla con ese requerimiento, encontrando que la tubería de 1 1/4" cumple:
tdesc 5min:=Vop 0.4m
3:=vel 2
m
s:=
aVop
tdesc
4.8m
3
hr=:= b
a
vel666.667mm
2=:=
Dint4 b
1
2
29.135mm=:=
Di 35.05mm:= Dext 42.16mm:=
L 15m:=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 167
Cálculo de flujos y velocidades en la tubería
Usando la ecuación para flujos turbulentos se calcula el factor de fricción:
Cálculo del número de Reynolds
Perdidas de energía en tuberías:
Qalim
Vop
tdesc
4.8m
3
hr=:=
v4Qalim
Di2
1.382m
s=:=
Rev Di
423.808=:=
Di
761.957=
f0.25
log1
3.7Di
5.74
Re0.9
+
20.098=:=
hLtuberia fL
Di
v2
2g 4.072m=:=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 168
CÁLCULO DE POTENCIA DE BOMBA:
Caudal Qalim 4.8m
3
hr=:=
z1 0:=
v1 0:=
hliquido1 1.3m:=
z2 1.5m:=
v2 v 1.382m
s=:=
Pérdida en accesorios
Válvulas
Válvula diafragma
LONGITUD EQUIVALENTE VALVULA compuerta totalmente abierta = 7
Codos
*LONGITUD EQUIVALENTE CODO 90° = 30
* PRINCIPIOS Y APLICACIONES DEL RIEGO ORSON W. ISRAELSEN, VAUGHN E. HANSEN 2A EDICION. REVERTE 1985. 396 PAGINAS
PERDIDA TOTAL
hLvalv f 7v
2
2g 0.067m=:=
hLcodo 4 f 30v
2
2g 1.142m=:=
hLtot hLtuberia hLvalv+ hLcodo+ 5.281m=:=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 169
Patm 1atm:=
P1 g hliquido1 Patm+ 1.132atm=:=
P2 1atm:=
hA
P2
z2+
v22
2 g+
P1
- z1-
v12
2 g- hLtot+ 5.578m=:=
Pa 0.147hp=
P bomba hA hLtot- g 0.031bar=:=
Ha
Patm
9.84m=:=
Hz 1.5- m:=
L1 4m:=
Hf fL1
Di
v2
2g hLvalv+ f 30
v2
2g+ 1.438m=:=
Hvv
2
2 g0.097m=:= Pvap35 0.0573
kg
cm2
:= Hvap
Pvap35
0.546m=:=
HNPSH Ha Hz- Hf Hv- Hvap-+ 12.135m=:=
NPSHD HNPSH1.1 13.349m=:=
POTENCIA DE LA BOMBA
tubería válvula codo
Pa hA g Qalim
0.7 0.147hp=:=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 170
4.7.1.1.5 CÁLCULO DE POTENCIA DE BOMBA L-232 (MÓDULOS)
Propiedades de la solución a trabajar:
Viscosidad: 0.120 Pa·s
Densidad: 1050 kg / m3
Peso especifico: 1.03 x 104 kg / m2·s2
La potencia de una bomba se calcula con la siguiente ecuación:
Donde: PA= Potencia requerida
hA= Energía que se agrega
Q= Flujo volumétrico
La ecuación general de energía es la siguiente:
Donde: ρ1,2 = Densidad del líquido en la primera y segunda sección
γ = Peso específico z1,2 = Altura del líquido en la primera y segunda sección
v1,2 = Velocidad de líquido en la primera y segunda sección
g = Aceleración de la gravedad hA = Energía agregada
hL = Pérdidas de energía
A1
z1+
v12
2 g+ hA+ hL-:=
1B
2
z2+
v22
2 g+:=
2
PA
hA Q Ef
:=hA
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 171
hL fL
D
v2
2g:= f
Para el cálculo de pérdidas de energía se utiliza la ecuación de Darcy:
Donde: f = Factor de fricción v = Velocidad D = Diámetro de la tubería L = Longitud de la corriente de flujo
La rugosidad del acero comercial es: 4.6x10-5 m
A la entrada del líquido en los módulos Acero Inoxidable cédula 40
Diámetro de las tuberías (se propone la velocidad de operación, mientras que el volumen y el tiempo de operación vienen dados de cálculos anteriores:
En base al Dint calculado, se busca una tubería en tablas que cumpla con ese requerimiento, encontrando que la tubería de 1 1/2" cumple:
tdesc 5min:=vel 2
m
s:= Vop 0.6m
3:=
aVop
tdesc
7.2m
3
hr=:= b
a
vel1 10
3 mm
2=:=
Dint4 b
1
2
35.682mm=:=
Dext 48.26mm:=Di 40.89mm:= L 15m:=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 172
f0.25
log1
3.7Di
5.74
Re0.9
+
20.087=:=
Di
888.913=
Cálculo de flujos y velocidades en la tubería
Usando la ecuación para flujos turbulentos se calcula el factor de fricción:
Cálculo del número de Reynolds
Perdidas de energía en tuberías:
Qalim
Vop
tdesc
7.2m
3
hr=:=
v4Qalim
Di2
1.523m
s=:=
Rev Di
544.918=:=
hLtuberia fL
Di
v2
2g 3.766m=:=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 173
Calculo de bomba para los intercambiadores de calor.
Consideraciones:
25m3 a alimentar en 26 hrs.
Se propone un diámetro de tubería de un cuarto de pulgada para mantener la velocidad
en la tubería.
Las entradas de servicios auxiliares así como a la salida de los equipos son de 2 pulgadas.
Dtuberiasuccion 6.35 103-
=
Pérdida en accesorios
Válvulas
Válvula diafragma
LONGITUD EQUIVALENTE VALVULA compuerta totalmente abierta = 7
Codos
*LONGITUD EQUIVALENTE CODO 90° = 30
* PRINCIPIOS Y APLICACIONES DEL RIEGO ORSON W. ISRAELSEN, VAUGHN E. HANSEN 2A EDICION. REVERTE 1985. 396 PAGINAS
PERDIDA TOTAL
hLvalv f 7v
2
2g 0.072m=:=
hLcodo 4 f 30v
2
2g 1.232m=:=
hLtot hLtuberia hLvalv+ hLcodo+ 5.069m=:=
Dtuberiasuccion0.0254
4:=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 174
Se calcula el flujo de alimentación:
en m3/s.
Dada la configuración espacial en la distribución de lata se tiene:
en ft.
Y considerando que el tanque de succión esta a presión atmosférica (1kg/cm2) y la succión es
negativa y el biorreactor del proceso se encuentra a 2kg/cm2 se tiene:
succión
descarga
Dado que las buenas prácticas de manufactura en la industria farmacéutica recomiendo una
velocidad de 7-9 m/s en tuberías, se calcula la velocidad en la tubería.
en m/s
Se cumple con la recomendación, podemos pasar el cálculo de la cabeza de velocidad.
en m
Se trasforma en pies para la formula que posteriormente usaremos.
en ft
Se calcula
en ft
Qmed25
26 3600( ):=
Qmed 2.671 104-
=
P1 14.7-:= psi
P2 28.9:= psi
vmedQmed
4Dtuberiasuccion( )
2:=
vmed 8.434=
Hvvmed
2
2 9.81:=
Hv 3.625=
HvHv
.305:=
Hv 11.887=
P P22.31( ) P12.31( )-:=
P 100.716=
z 24.6:=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 175
Consideraciones para accesorios según bibliografía (mott):
Codos
Valvulas
"T"
Dada la configuración espacial se consideran los accesorios necesarios, y se calcula la cabeza de
fricción en la succión.
en ft
Se calcula la cabeza de fricción para la descarga.
en ft.
Se calcula la cabeza total de fricción
en ft
Se calcula la cabeza total.
en ft
k1 .75:=
nc 12:=
k2 .2:=
nv 2:=
k3 1.8:=
nt 1:=
Hfs Hv k1nc k2nv+ k3 nt+( ):=
Hfs 133.129=
Hfd
Qmed
4Dtuberiadescarga( )
2
2
2 9.81
.305.k1 4 .k2 3+ 50 .05+( ):=
Hfd 7.255 103-
=
Hf Hfs Hfd+:=
Hf 133.136=
Ht z P+ Hf+:=
Ht 258.452=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 176
Se hacen las conversiones necesarias para aplicar la regla heurística.
en m3/s
en gal/min
Se utiliza la regla heurística para el cálculo de la potencia en sistema ingles.
en HP
Como no es viable obtener una bomba de esa potencia se elige la primera bomba comercial de
potencia mayor, la cual es de ½ HP.
Qmed 2.671 104-
=
Qgal Qmed1000
3.784 60:=
Qgal 4.235=
PHt Qgal 1
.7 3.96 103
:=
P 0.395=
CÁLCULO DE POTENCIA DE BOMBA:
POTENCIA DE LA BOMBA
Caudal Qalim 7.2m
3
hr=:=
v1 0:= hliquido1 1.63m:=z1 0:=
z2 1.7m:= v2 v 1.523m
s=:=
Patm 1atm:=
P1 g hliquido1 Patm+ 1.166atm=:=
P2 1atm:=
hA
P2
z2+
v22
2 g+
P1
- z1-
v12
2 g- hLtot+ 5.257m=:=
Pa hA g Qalim
0.7 0.207hp=:=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 177
Pa 0.207hp=
P bomba hA hLtot- g 0.019bar=:=
Ha
Patm
9.84m=:= Hz 1.7- m:= L1 4m:=
Hf fL1
Di
v2
2g hLvalv+ f 30
v2
2g+ 1.384m=:=
Hvv
2
2 g0.118m=:=
Hvap
Pvap35
0.546m=:=
tubería válvula codo
Pvap35 0.0573kg
cm2
:=
HNPSH Ha Hz- Hf Hv- Hvap-+ 12.26m=:=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 178
4.7.1.1.6 CÁLCULO DE POTENCIA DE BOMBA L-222 (MÓDULOS)
Propiedades de la solución a trabajar:
Viscosidad: 0.120 Pa·s
Densidad: 1050 kg / m3
Peso especifico: 1.03 x 104 kg / m2·s2
hL fL
D
v2
2g:= f
La potencia de una bomba se calcula con la siguiente ecuación:
Donde: PA= Potencia requerida
hA= Energía que se agrega
Q= Flujo volumétrico
La ecuación general de energía es la siguiente:
Donde: ρ1,2 = Densidad del líquido en la primera y segunda sección
γ = Peso específico z1,2 = Altura del líquido en la primera y segunda sección
v1,2 = Velocidad de líquido en la primera y segunda sección
g = Aceleración de la gravedad hA = Energía agregada
hL = Pérdidas de energía
Para el cálculo de pérdidas de energía se utiliza la ecuación de Darcy:
A1
z1+
v12
2 g+ hA+ hL-:=
1B
2
z2+
v22
2 g+:=
2
PA
hA Q Ef
:=hA
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 179
Donde: f = Factor de fricción v = Velocidad D = Diámetro de la tubería L = Longitud de la corriente de flujo
La rugosidad del acero comercial es: 4.6x10-5 m
A la entrada del líquido en los módulos Acero Inoxidable cédula 40
Diámetro de las tuberías (se propone la velocidad de operación, mientras que el volumen y el tiempo de operación vienen dados de cálculos anteriores:
En base al Dint calculado, se busca una tubería en tablas que cumpla con ese requerimiento, encontrando que la tubería de 2" cumple:
Cálculo de flujos y velocidades en la tubería
tdesc 5min:=vel 2
m
s:= Vop 0.9m
3:=
aVop
tdesc
m3
hr=:= b
a
vel1.5 10
3 mm
2=:=
Dint4 b
1
2
43.702mm=:=
Dext 60.33mm:= L 15m:=Di 52.50mm:=
Qalim
Vop
tdesc
10.8m
3
hr=:=
v4Qalim
Di2
1.386m
s=:=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 180
f0.25
log1
3.7Di
5.74
Re0.9
+
20.081=:=
hLtuberia fL
Di
v2
2g 2.261m=:=
hLvalv f 7v
2
2g 0.269m=:=
Cálculo del número de Reynolds
Usando la ecuación para flujos turbulentos se calcula el factor de fricción:
Perdidas de energía en tuberías:
Pérdida en accesorios
Válvulas
Válvula diafragma
Rev Di
636.62=:=
Di
1.141 10
3=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 181
LONGITUD EQUIVALENTE VALVULA compuerta totalmente abierta = 7
Codos
*LONGITUD EQUIVALENTE CODO 90° = 30
* PRINCIPIOS Y APLICACIONES DEL RIEGO ORSON W. ISRAELSEN, VAUGHN E. HANSEN 2A EDICION. REVERTE 1985. 396 PAGINAS
PERDIDA TOTAL
CÁLCULO DE POTENCIA DE BOMBA:
POTENCIA DE LA BOMBA
hLcodo 4 f 30v
2
2g 0.95m=:=
hLtot hLtuberia hLvalv+ hLcodo+ 3.267m=:=
Caudal Qalim 10.8m
3
hr=:=
v1 0:= hliquido1 1.8m:=z1 0:=
z2 2m:= v2 v 1.386m
s=:=
Patm 1atm:=
P1 g hliquido1 Patm+ 1.183atm=:=
P2 1atm:=
hA
P2
z2+
v22
2 g+
P1
- z1-
v12
2 g- hLtot+ 3.565m=:=
Pa hA g Qalim
0.7 0.211hp=:=
Pa 0.211hp=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 182
P bomba hA hLtot- g 0.031bar=:=
Ha
Patm
9.84m=:= Hz 2- m:= L1 4m:=
Hf fL1
Di
v2
2g hLvalv+ f 30
v2
2g+ 0.896m=:=
Hvv
2
2 g0.098m=:=
Pvap35 0.0573kg
cm2
:=
Hvap
Pvap35
0.546m=:=
NPSHD HNPSH1.1 13.302m=:=
tubería válvula codo
HNPSH Ha Hz- Hf Hv- Hvap-+ 12.093m=:=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 183
4.7.1.1.7 CÁLCULO DE POTENCIA DE BOMBA L-211 (MÓDULOS)
Propiedades de la solución a trabajar:
Viscosidad: 0.120 Pa·s
Densidad: 1050 kg / m3
Peso especifico: 1.03 x 104 kg / m2·s2
La potencia de una bomba se calcula con la siguiente ecuación:
Donde: PA= Potencia requerida
hA= Energía que se agrega
Q= Flujo volumétrico
La ecuación general de energía es la siguiente:
Donde: ρ1,2 = Densidad del líquido en la primera y segunda sección
γ = Peso específico z1,2 = Altura del líquido en la primera y segunda sección
v1,2 = Velocidad de líquido en la primera y segunda sección
g = Aceleración de la gravedad hA = Energía agregada
hL = Pérdidas de energía
A1
z1+
v12
2 g+ hA+ hL-:=
1B
2
z2+
v22
2 g+:=
2
PA
hA Q Ef
:=hA
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 184
hL fL
D
v2
2g:= f
Para el cálculo de pérdidas de energía se utiliza la ecuación de Darcy:
Donde: f = Factor de fricción v = Velocidad D = Diámetro de la tubería L = Longitud de la corriente de flujo
La rugosidad del acero comercial es: 4.6x10-5 m
A la entrada del líquido en los módulos Acero Inoxidable cédula 40
Diámetro de las tuberías (se propone la velocidad de operación, mientras que el volumen y el tiempo de operación vienen dados de cálculos anteriores:
En base al Dint calculado, se busca una tubería en tablas que cumpla con ese requerimiento, encontrando que la tubería de 2 1/2" cumple:
vel 5m
s:= Vop 40.76m
3:= tdesc 60min:=
aVop
tdesc
40.76m
3
hr=:= b
a
vel2.264 10
3 mm
2=:=
Dint4 b
1
2
53.695mm=:=
Dext 70.03mm:=
Di 62.71mm:= L 10m:=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 185
Cálculo de flujos y velocidades en la tubería
Usando la ecuación para flujos turbulentos se calcula el factor de fricción:
Cálculo del número de Reynolds
Para tubería de 2 1/2"
Perdidas de energía en tuberías:
Pérdida en accesorios
Válvulas
Válvula diafragma
Qalim
Vop
tdesc
40.76m
3
hr=:=
v4Qalim
Di2
3.666m
s=:=
Rev Di
1.597 10
3=:=
Di
1.363 10
3=
f0.25
log1
3.7Di
5.74
Re0.9
+
20.056=:=
hLtuberia fL
Di
v2
2g 6.119m=:=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 186
LONGITUD EQUIVALENTE VALVULA compuerta totalmente abierta = 7
Codos
*LONGITUD EQUIVALENTE CODO 90° = 30
* PRINCIPIOS Y APLICACIONES DEL RIEGO ORSON W. ISRAELSEN, VAUGHN E. HANSEN 2A EDICION. REVERTE 1985. 396 PAGINAS
PERDIDA TOTAL
CÁLCULO DE POTENCIA DE BOMBA:
POTENCIA DE LA BOMBA
hLvalv f 7v
2
2g 0.269m=:=
hLcodo 5 f 30v
2
2g 5.756m=:=
hLtot hLtuberia hLvalv+ hLcodo+ 12.143m=:=
Caudal Qalim 40.76m
3
hr=:=
v1 0:= hliquido1 6.0m:=z1 0:=
z2 7.3m:= v2 v 3.666m
s=:=
Patm 1atm:=
P1 g hliquido1 Patm+ 1.621atm=:=
P2 1atm:=
hA
P2
z2+
v22
2 g+
P1
- z1-
v12
2 g- hLtot+ 14.128m=:=
Pa hA g Qalim
0.7 3.216hp=:=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 187
Pa 3.216hp=
P bomba hA hLtot- g 0.208bar=:=
Ha
Patm
9.656m=:= Hz 7.5- m:= L1 4m:=
Hf fL1
Di
v2
2g hLvalv+ f 30
v2
2g+ 3.867m=:=
Hvv
2
2 g0.685m=:=
HNPSH Ha Hz- Hf Hv- Hvap-+ 19.803m=:=
NPSHD HNPSH1.1 21.783m=:=
tubería válvula codo
Pvap35 0.0573kg
cm2
:=
Hvap
Pvap35
0.536m=:=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 188
4.7.1.1.8 CÁLCULO DE POTENCIA DE BOMBA L-231/251/281/241/211/271 (COLUMNAS)
Propiedades de la solución a trabajar:
Viscosidad: 0.120 Pa·s
Densidad: 1050 kg / m3
Peso especifico: 1.03 x 104 kg / m2·s2
La potencia de una bomba se calcula con la siguiente ecuación:
Donde: PA= Potencia requerida
hA= Energía que se agrega
Q= Flujo volumétrico
La ecuación general de energía es la siguiente:
Donde: ρ1,2 = Densidad del líquido en la primera y segunda sección
γ = Peso específico z1,2 = Altura del líquido en la primera y segunda sección
v1,2 = Velocidad de líquido en la primera y segunda sección
g = Aceleración de la gravedad hA = Energía agregada
hL = Pérdidas de energía
A1
z1+
v12
2 g+ hA+ hL-:=
1B
2
z2+
v22
2 g+:=
2
PA
hA Q Ef
:=hA
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 189
hL fL
D
v2
2g:= f
vel 0.1m
s:=
Para el cálculo de pérdidas de energía se utiliza la ecuación de Darcy:
Donde: f = Factor de fricción v = Velocidad D = Diámetro de la tubería L = Longitud de la corriente de flujo
La rugosidad del acero comercial es: 4.6x10-5 m
A la entrada del líquido en los módulos Acero Inoxidable cédula 40
Diámetro de las tuberías (se propone la velocidad de operación, mientras que el volumen y el tiempo de operación vienen dados de cálculos anteriores:
En base al Dint calculado, se busca una tubería en tablas que cumpla con ese requerimiento, encontrando que la tubería de 1 1/4" cumple:
Vop 1.159m3
:=tdesc 240min:=
aVop
tdesc
0.29m
3
hr=:= b
a
vel804.861mm
2=:=
Dint4 b
1
2
32.012mm=:=
Di 35.05mm:= Dext 42.16mm:= L 15m:=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 190
Cálculo de flujos y velocidades en la tubería
Cálculo del número de Reynolds
Para tubería de 1 1/4"
Usando la ecuación para flujos turbulentos se calcula el factor de fricción:
Perdidas de energía en tuberías:
Qalim
Vop
tdesc
0.29m
3
hr=:=
v4Qalim
Di2
0.083m
s=:=
Rev Di
25.583=:=
Di
761.957=
f0.25
log1
3.7Di
5.74
Re0.9
+
20.97=:=
hLtuberia fL
Di
v2
2g 0.147m=:=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 191
hLcodo 3 f 30v
2
2g 0.031m=:=
hLtot hLtuberia hLvalv+ hLcodo+ 0.181m=:=
Pérdida en accesorios
Válvulas
Válvula diafragma
LONGITUD EQUIVALENTE VALVULA compuerta totalmente abierta = 7
Codos
*LONGITUD EQUIVALENTE CODO 90° = 30
* PRINCIPIOS Y APLICACIONES DEL RIEGO ORSON W. ISRAELSEN, VAUGHN E. HANSEN 2A EDICION. REVERTE 1985. 396 PAGINAS
PERDIDA TOTAL
CÁLCULO DE POTENCIA DE BOMBA:
v1 0:= hliquido1 1.4m:=z1 0:=
z2 1.5m:= v2 v 0.083m
s=:=
Patm 1atm:=
P1 g hliquido1 Patm+ 1.142atm=:=
P2 2atm:=
hA
P2
z2+
v22
2 g+
P1
- z1-
v12
2 g- hLtot+ 10.121m=:=
hLvalv f 7v
2
2g 2.408 10
3- m=:=
Caudal Qalim 0.29m
3
hr=:=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 192
Memoria de cálculo para bombas y tubería de la centrifuga
Calculo de tubería
Pa hA g Qalim
0.7 0.016hp=:= POTENCIA DE LA BOMBA
tubería válvula codo
o
Diámetro de las tuberías
A la entrada del líquido en los módulos Acedro Inoxidable cédula 40
Primera parte 1 1/2"
A = π*D^2/4 D = ((4*A)/π)^(1/2)
Ha
Patm
9.84m=:=
Hz 1.5m:=
vel 4.5m
s:=
Di 77.9mm:=
Dext 88.9mm:=
L 15.5m:=
Dint4 b
1
2
88.654mm=:=
L1 4m:=
Hf fL1
Di
v2
2g hLvalv+ f 3
v2
2g+ 0.043m=:=
Hvv
2
2 g3.548 10
4- m=:=
Pvap35 0.0573kg
cm2
:=
Hvap
Pvap35
0.546m=:=
HNPSH Ha Hz+ Hf+ Hv- Hvap- 10.837m=:=
NPSHD HNPSH1.1 11.921m=:=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 193
Calculo de bomba
Hfs Hv k1nc k2nv+ k3nt+( ):=
Hfs 376.654=
en m
en m en m3/s
en m
en ft
psi
psi
en m/s
en m
en ft
en ft
Codos
Valvulas
“T”
Ltuberia 20:=
Qmed6.25
3600( ):=
Dtuberiasuccion0.0508
4:=
Qmed 1.736 103-
=
Dtuberiadescarga 0.0381:=
z 8:=
1ft 0.305m=P1 15.22:=
P2 15.22:=
vmedQmed
4Dtuberiasuccion( )
2:= vmed 13.705=
Hvvmed
2
2 9.81:= Hv 9.573=
HvHv
.305:= Hv 31.388=
P P22.31( ) P12.31( )-:=
P 0=
k1 .75:= nc 12:=
k2 .2:= nv 6:=
k3 1.8:= nt 1:=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 194
Hfd
Qmed
4Dtuberiadescarga( )
2
2
2 9.81
.305.k1 2 .k2 2+
Ltuberia
.305.05+
:=
Qmed 1.736 103-
=
Qgal Qmed1000
3.784 60:=
Hf Hfs Hfd+:=
Hf 377.925=
Ht 385.925=
PHt Qgal 1
.7 3.96 103
:=
P 3.833=
en m3/s
en ft
en ft
en gal/min
en HP
Se elige una bomba de 5 de HP
Ht z P+ Hf+:=
Qgal 27.528=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 195
4.7.1.1.9 CÁLCULO DE BOMBA PARA LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR
Calculo de bombas para los intercambiadores
Ltuberia 50:= en m
Qmed25
26 3600( ):=
Dtuberiasuccion0.0254
4:= en m
Qmed 2.671 104-
= en m3/s
Dtuberiadescarga 2 .0254:= en m
z 24.6:= en ft
1ft 0.305m=P1 14.7-:= psi
P2 28.9:= psi
vmedQmed
4Dtuberiasuccion( )
2:= vmed 8.434= en m/s
Hvvmed
2
2 9.81:= Hv 3.625= en m
HvHv
.305:= Hv 11.887= en ft
P P2 2.31( ) P1 2.31( )-:=
P 100.716= en ft
Codos k1 .75:= nc 12:=
Valvulas k2 .2:= nv 6:=
"T " k3 1.8:= nt 1:=
Hfs Hv k1 nc k2 nv+ k3 nt+( ):=
Hfs 142.638=
Hfd
Qmed
4Dtuberiadescarga( )
2
2
2 9.81
.305.k1 4 .k2 3+
Ltuberia
.305.05+
:=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 196
Calculo de bombas para los intercambiadores
Ltuberia 50:= en m
Qmed25
26 3600( ):=
Dtuberiasuccion0.0254
4:= en m
Qmed 2.671 104-
= en m3/s
Dtuberiadescarga 2 .0254:= en m
z 24.6:= en ft
1ft 0.305m=P1 14.7-:= psi
P2 28.9:= psi
vmedQmed
4Dtuberiasuccion( )
2:= vmed 8.434= en m/s
Hvvmed
2
2 9.81:= Hv 3.625= en m
HvHv
.305:= Hv 11.887= en ft
P P2 2.31( ) P1 2.31( )-:=
P 100.716= en ft
Codos k1 .75:= nc 12:=
Valvulas k2 .2:= nv 6:=
"T " k3 1.8:= nt 1:=
Hfs Hv k1 nc k2 nv+ k3 nt+( ):=
Hfs 142.638=
Hfd
Qmed
4Dtuberiadescarga( )
2
2
2 9.81
.305.k1 4 .k2 3+
Ltuberia
.305.05+
:=
Hf Hfs Hfd+:=
Qmed 2.671 104-
= en m3/s
Hf 142.662= en ft
Qgal Qmed1000
3.784 60:=
Ht z P+ Hf+:=
Ht 267.978= en ft Qgal 4.235= en gal/min
PHt Qgal 1
.7 3.96 103
:=
P 0.409= en HP
Se eleige una bomba de 1/2 de HP
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 197
4.7.1.2 CALCULO DE POTENCIAS DE MOTORES TANQUES
Para el cálculo de las potencias se usa la siguiente ecuación empírica
𝑃𝑜𝑡 = 𝑁𝑝 𝜌 ∙ 𝑁𝑖3 ∙ 𝐷𝑖5
𝐺𝑐 1.315𝑥10−7
Donde
Pot = potencia teórica, HP
= Densidad, g/cm3
Ni = velocidad de agitación, s-1
Di = Diámetro del impulsor, cm
Gc = Fuerza de la gravedad, 980 cm/s2
Las propiedades que se tomaron como invariables independientemente del proceso son las
siguiente; donde el número de potencia es 0.4 para propela marina, la densidad no se vario
aunque las densidades de los buffers son ligeramente diferente, y el factor de corrección tomando
en cuenta que no es un tanque estándar y que la altura del líquido es dos veces el diámetro del
tanque.
4.7.1.2.1 POTENCIA MOTOR N-080 PARA AGITAR TANQUE F-080
Propela marina Re>10^4
Np 0.4:=
Gc 980:=cm
s2
1.070:=g
cm3
fc 2( )
1
2
1.414=:=
Di1 78.9:= cm
N1200
603.333=:= s
1-
Pot1 Np N1
3 Di1
5
Gc
1.315107-
6.504=:= HP
Preal1 fc Pot1 9.198=:= HP
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 198
4.7.1.2.2 POTENCIA MOTOR N-110 PARA AGITAR TANQUE F-110
4.7.1.2.3 POTENCIA MOTOR N-210 PARA AGITAR TANQUE F-210
4.7.1.2.4 POTENCIA MOTOR N-221 PARA AGITAR TANQUE F-221
Di2 97.4:= cm
N2100
601.667=:= s
1-
Pot2 Np N2
3 Di2
5
Gc
1.315107-
2.331=:= HP
Preal2 fc Pot2 3.296=:= HP
Di3 90.4:= cm
N3100
601.667=:= s
1-
Pot3 Np N3
3 Di3
5
Gc
1.315107-
1.605=:= HP
Preal3 fc Pot3 2.27=:= HP
Di4 24.3:= cm
N4500
608.333=:= s
1-
Pot4 Np N4
3 Di4
5
Gc
1.315107-
0.282=:= HP
Preal4 fc Pot4 0.398=:= HP
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 199
4.7.1.2.5 POTENCIA MOTOR N-231 PARA AGITAR TANQUE F-231
4.7.1.2.6 POTENCIA MOTOR N-241 PARA AGITAR TANQUE F-241
Di5 21:= cm
N5500
608.333=:= s
1-
Pot5 Np N5
3 Di5
5
Gc
1.315107-
0.136=:= HP
Preal5 fc Pot5 0.192=:= HP
Di6 18.6:= cm
N6500
608.333=:= s
1-
Pot6 Np N6
3 Di6
5
Gc
1.315107-
0.074=:= HP
Preal6 fc Pot6 0.105=:= HP
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4.7.2 DESCRIPCION DE LOS SISTEMAS DE CONTROL EN EL PROCESO
4.7.2.1 BIORREACTORES
En el proceso se emplean dos biorreactores de 50 m3 (M-100-A y M-100-B) los cuales están
controlados para mantener el pH adecuado alrededor de 5.5 a 6.0, con los cuales puede activar un
pulso para la bomba de ácido o de base correspondiente, y así hasta que sea estable y este en el
rango requerido.
El controlador nivel también es importante, se usa uno de bajo nivel para cuando se descargue el
biorreactor que apaga la bomba cuando se llega a la altura de la tapa, esto para evitar que la
bomba se dañe si llegara a extraer aire.
Otro de los parámetros importantes a controlar es la temperatura donde el sensor de temperatura
puede mandar una señal para permitir un mayor o menor flujo de agua de enfriamento si la
temperatura dentro del biorreactor es diferente a 35 ± 0.5 °C.
El indicador de oxígeno controla la entrada de aire al biorreactor, este puede aumentar o
disminuir si el indicar de oxígeno no es el indicado.
El indicador de presión solo es usado para monitorear la presión interna aunque esta no varía
mucho por el hecho de que existe un venteo por el cual sale el aire alimentado desde abajo para
proporcionar el oxígeno necesario.
4.7.2.2 TANQUE DE MEZCLADO
El tanque de mezclado tiene un controlador de pH esto para ajustar a al pH requerido en el medio
antes de ser alimentado (pH entre 5.5 y 6.0). Esto se logra accionando unas bombas para agregar
pulsos de baso o ácido al tanque.
La agitación no es necesario controlarla ya que solo es necesario para mezclarla.
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4.7.2.3 TANQUES DE ALMACENAMIENTO
Los tanques de almacenamiento solo requieren controladores de nivel, ya que son usados en los
procesos de separación que el líquido contenido en ellos es succionado por una bomba para llevar
a cavo algún proceso específico, entonces este controlador actúa sobre la bomba que está
trabajando para pararla cuando se llegue al nivel de la tapa del tanque.
4.7.2.4 CENTRIFUGAS
La bomba (L-111) es la que proporciona el flujo de alimentación a las 8 centrifugas separadoras (D-
200-A, B,C,D,E,F,G y H), por medio de la línea 26 que posee un diámetro de 1.5 pulgadas, de acero
inoxidable 316L. Dicho flujo va a ser controlado por medio de una válvula automática de mariposa,
la cual está basada en la velocidad de flujo del caldo fermentado, la cual tiene que mantener un
flujo de aproximadamente 6.25m3/h, para que se lleve a cabo de manera adecuada la
centrifugación. Dicha línea también va a contar con un dos medidores, uno de presión y otro de
temperatura, los cuales se van a registrar en el panel de control.
Después del proceso vamos a tener dos salidas una para el filtrado, que va a ser por la línea 27 que
posee un diámetro de 3 pulgadas, de acero inoxidable 316L, la cual va a alimentar al siguiente
proceso y la otra líneas de salida es la 28, con un tamaño de 5 pulgadas la cual va a llevar todos los
desechos generados en el proceso, que en este caso es la biomasa de la fermentación.
4.7.2.5 INTERCAMBIADORES DE CALOR
Lazo de control en los intercambiadores de calor (Lazo de vapor).
A la salida de la tubería del medio precalentado (22) se encuentra el elemento primario de control
del lazo del vapor, en este proceso es fundamental el control de la temperatura y esta está dado
por los caudales de los servicios auxiliares en especifico de este caso, vapor.
A la salida el elemento primario (sensor) detecta la señal de manera electromagnética, la cual es
amplificada por el trasmisor, y es mandada al controlador indicador el cual se encuentra
regularmente en el tablero a la vista del operador; simultáneamente se puede activar una alarma
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 202
si es que la temperatura se encuentra fuera del intervalo de control; de ser así este manda una
señal eléctrica a un convertidor de señal que trasforma los pulsos eléctricos a señales neumáticas
para la abertura o cierre del elemento automático de la válvula en el caudal de vapor.
Controlando la temperatura de forma indirecta la temperatura, a través del caudal de vapor. Una
vez que la señal es detectada por el sensor como regular y dentro de los intervalos se repite el
ciclo pero esta vez la señal del controlador será para el cierre de la válvula automática.
4.7.2.6 MODULOS DE UF
En el diagrama DTI del proceso de producción de albúmina sérica humana recombinante se
emplean cuatro módulos de ultrafiltración. Cada módulo realiza la función de diafiltración
(eliminar impurezas) y concentración de la proteína de interés.
Los módulos están conectados a las columnas de cromatografía y al tanque que contiene la
solución a través de tuberías de acero inoxidable 316L de diferentes diámetros nominales (ver
diagrama DTI).
El circuito de control de cada uno de los equipos se localiza en la salida del concentrado. Comienza
por un elemento primario que mide la presión, este emite una señal eléctrica a un transmisor que
a su vez reenvía la señal a un controlador-indicador de presión, y, este envía la señal eléctrica a un
convertidor que convierte dicha señal en una señal neumática que tiene como destino final regular
el flujo salida del concentrado a través de una válvula controladora de presión. Al regular el flujo
de salida del concentrado, automáticamente se autorregula todo el sistema de entradas y salidas
del equipo y por tal motivo, no es necesario colocar otro sistema de control en el mismo.
Sin embargo, se deben colocar indicadores de presión y temperatura, tanto en la alimentación del
equipo, como en la salida de permeado y concentrado, a su vez, es necesario conocer el flujo a la
entrada del equipo, por tanto, también es recomendable colocar un indicador de flujo a la entrada
del equipo. Todo esto se hace porque, es necesario monitorear que las condiciones de operación
de los equipos se encuentran dentro de especificaciones.
Este mismo circuito de control es aplicado en cada uno de los módulos de ultrafiltración presentes
en el diagrama del proceso de producción.
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4.8 DIAGRAMAS ISOMETRICOS DE LOS EQUIPOS DE PROCESO
4.8.1 TANQUES DE BALANCE
Figura 18. Isométricos de los tanques de mezclado F-080 (A), tanque de balance en el que se descarga el medio agotado F-110 (B) y tanque F-210 (C).
Figura 19. Isométrico de los tanque F-221 (A), F-231 (B) y F-241 (C).
A B C
A B C
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4.8.2 FERMENTADORES
Figura 20. Isométrico de los biorreactores semilla M-090 (A) y de producción M-100 (B).
4.8.3 CENTRIFUGAS
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Figura 21. Isométrico de las centrífugas usadas en el proceso.
4.8.4 INTERCAMBIADORES DE CALOR
Figura 22. Isométrico de los intercambiadores de calor.
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4.8.5 MODULOS DE UF
Los módulos que se presentan son los D-212, D-233 y D-243.
Estos tres módulos de Ultrafiltración presentan las mismas dimensiones en altura y diámetro de
cada módulo, así como la misma medida de los diámetros en entrada y las salidas.
A continuación se muestra el esquema del diagrama isométrico 3D:
5 cm
Figura 23. Esquema 3D de los módulos de UF D-212, D-233 y D-243. En la figura (a) se observan las conexiones del
módulo a la bomba, manómetros, válvulas y tuberías. En la figura (b) se observan las dimensiones del cartucho de fibras
huecas.
A continuación se presenta el esquema isométrico para el módulo de UF D-223:
81 cm
3.8 cm
7.6 cm
(a) 16.8 cm
(b)
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Figura 24. Esquema 3D del módulos de UF D-223. En la figura (a) se observan las conexiones del módulo a la bomba, manómetros, válvulas y tuberías. En la figura (b) se observan las dimensiones del cartucho.
4.9 HOJAS DE ESPECIFICACIONES DE LOS EQUIPOS DEL PROCESO
4.9.1 BIORREACTORES
ESPECIFICACIONES
DIMENSIÓN VALOR UNIDAD
Diámetro del biorreactor 1.55 m
NOMBRE Biorreactor tanque agitado M-090
USO Biorreactor semilla
SELLO Mecánico
FLUIDO Medio De cultivo
MATERIAL Acero inoxidable 304
TIPO DE PALETAS
Rushton
VOL. NOMINAL
6.67 m3
VOL. DE OPERACIÓN
5 m3
PRECIO $ 2,077,000.00
113 cm
3.81 cm
3.81 cm
(a)
(b)
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Diámetro del biorreactor con chaqueta chaqueta
1.80 m
Altura del biorreactor 4.13 m
Altura de la tapa 0.40 m
Volumen de la tapa 0.44 m3
Número de impulsores 3 ----
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ESPECIFICACIONES
DIMENSIÓN VALOR UNIDAD
Diámetro del biorreactor 3.30 m
Diámetro del biorreactor con chaqueta chaqueta
3.76 m
Altura del biorreactor 8.79 m
Altura de la tapa 0.85 m
Volumen de la tapa 4.35 m3
Número de impulsores 3 ----
NOMBRE Biorreactor tanque agitado M-100
USO Biorreactor de producción
SELLO Mecánico
FLUIDO Medio De cultivo
MATERIAL Acero inoxidable 304
TIPO DE PALETAS
Rushton
VOL. NOMINAL
66.7 m3
VOL. DE OPERACIÓN
50 m3
PRECIO $ 7,040,000.00
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4.9.2 TANQUES
ESPECIFICACIONES
DIMENSIÓN VALOR UNIDAD
Diámetro del tanque 2.42 m
Altura del tanque 5.48 m
Altura de la tapa 0.82 m
Volumen de la tapa 1.16 m3
Número de impulsores 1 ----
NOMBRE Tanque de mezclado F-080
USO Mezclar los componentes del medio de cultivo
FLUIDO Medio De cultivo
MATERIAL Acero inoxidable 304
TIPO DE PALETAS
Propela marina
VOL. NOMINAL
31.25 m3
VOL. OPERACIÓN
25 m3
PRECIO $ 1,258,00.00
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ESPECIFICACIONES
DIMENSIÓN VALOR UNIDAD
Diámetro del tanque 3.99 m
Altura del tanque 6.84 m
Altura de la tapa 0.97 m
Volumen de la tapa 2.18 m3
Número de impulsores 1 ----
NOMBRE Tanque de balance F-110
USO Recibir el medio agotado
FLUIDO Medio De cultivo agotado
MATERIAL Acero inoxidable 304
TIPO DE PALETAS
Propela marina
VOL. NOMINAL
58.82 m3
VOL. OPERACIÓN
50 m3
PRECIO $ 1,570,000.00
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ESPECIFICACIONES
DIMENSIÓN VALOR UNIDAD
Diámetro del tanque 2.80 m
Altura del tanque 6.38 m
Altura de la tapa 0.94 m
Volumen de la tapa 1.74 m3
Número de impulsores 1 ----
NOMBRE Tanque de balance F-210
USO Recibir el medio filtrado de las centrífugas
FLUIDO Medio De cultivo agotado
MATERIAL Acero inoxidable 316
TIPO DE PALETAS
Propela marina
VOL. NOMINAL
47.06 m3
VOL. OPERACIÓN
40 m3
PRECIO $ 1,829,000.00
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 213
ESPECIFICACIONES
DIMENSIÓN VALOR UNIDAD
Diámetro del tanque 0.80 m
Altura del tanque 1.74 m
Altura de la tapa 0.283 m
Volumen de la tapa 0.034 m3
Número de impulsores 1 ----
NOMBRE Tanque de balance F-221
USO Recibir la proteína eluida
FLUIDO Buffer A
MATERIAL Acero inoxidable 316
TIPO DE PALETAS
Propela marina
VOL. NOMINAL
0.92 m3
VOL. OPERACIÓN
0.78 m3
PRECIO $ 461,500.00
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ESPECIFICACIONES
DIMENSIÓN VALOR UNIDAD
Diámetro del tanque 0.69 m
Altura del tanque 1.49 m
Altura de la tapa 0.24 m
Volumen de la tapa 0.022 m3
Número de impulsores 1 ----
NOMBRE Tanque de balance F-231
USO Recibir proteína eluida
FLUIDO Buffer B
MATERIAL Acero inoxidable 316
TIPO DE PALETAS
Propela marina
VOL. NOMINAL
0.588 m3
VOL. OPERACIÓN
0.5 m3
PRECIO $ 393,900.00
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ESPECIFICACIONES
DIMENSIÓN VALOR UNIDAD
Diámetro del tanque 0.60 m
Altura del tanque 1.33 m
Altura de la tapa 0.21 m
Volumen de la tapa 0.015 m3
Número de impulsores 1 ----
NOMBRE Tanque de balance F-241
USO Recibir proteína eluida
FLUIDO Buffer C
MATERIAL Acero inoxidable 316
TIPO DE PALETAS
Propela marina
VOL. NOMINAL
0.412 m3
VOL. OPERACIÓN
0.35 m3
PRECIO $ 348,400.00
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4.9.3 CENTRÍFUGAS
HOJA DE ESPECIFICACIÓN DE EQUIPOS
Ficha Técnica de Diseño
Equipo: CENTRIFUGA SEPARADORA Diagrama del equipo Modelo: Westfalia SC-150
Código: D-200-(A, B, C, D, E, F, G y H).
Material de Elaboración: Acero inoxidable
Características del material: 316L electro pulido
Producto a trabajar: Caldo fermentado
Tipo de conexiones: Bridas westfalia
Medidores de: Presión, temperatura y flujo
Trabajo: Continuo
Funcionamiento: Automático
Innovaciones : -Tambor de platos autodeslodantes
COSTOS
SEPARMEX $4000000.00
CENTRIMAX $4800000.00
COMTEIFA $4160000.00
Especificación Valor Unidades
Altura total 1.978 m
Ancho total 1.706 m
Largo total 2.9 m
Numero de discos 80 N/A
Diámetro externo (RO) 0.3 m
Diámetro interno (RI) 0.09 m
Angulo de trabajo (Θ) 40 °
Velocidad de operación 350-4700 rpm
Capacidad de operación máximo 10 m3/h
Presión máxima de trabajo 4 atm
Eficiencia 80 %
Motor requerido 7.46 kW
Voltaje 250 volts
Peso 1200 kg
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 217
4.9.4 INTERCAMBIADORES DE CALOR
DIMENSION VALOR UNIDAD
A 837 mm
B 310 mm
C 590 mm
D 135 mm
E 132 mm
L2 250-1000 mm
Numero de Placas
Conexión 2 in
NOMBRE DEL EQUIPO: INTERCAMBIADOR DE CALOR F-082
CARACTERISTICA
MATERIAL ACERO INOXIDABLE
CEDULA 316
FLUJO MAXIMO 5m3
MARCA POLARIS
TEMPERATURA -20°C A 180°C
PRESION 0.25 BAR
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 218
DIMENSION VALOR UNIDAD
A 837 mm
B 310 mm
C 590 mm
D 135 mm
E 132 mm
L2 250-1000 mm
Numero de Placas
Conexión 2 in
NOMBRE DEL EQUIPO: INTERCAMBIADOR DE CALOR F-083
CARACTERISTICA
MATERIAL ACERO INOXIDABLE
CEDULA 316
FLUJO MAXIMO 5m3
MARCA POLARIS
TEMPERATURA -20°C A 180°C
PRESION 0.25 BAR
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 219
DIMENSION VALOR UNIDAD
A 837 mm
B 310 mm
C 590 mm
D 135 mm
E 132 mm
L2 250-1000 mm
Numero de Placas
Conexión 2 in
NOMBRE DEL EQUIPO: INTERCAMBIADOR DE CALOR F-084
CARACTERISTICA
MATERIAL ACERO INOXIDABLE
CEDULA 316
FLUJO MAXIMO 5m3
MARCA POLARIS
TEMPERATURA -20°C A 180°C
PRESION 0.25 BAR
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 220
4.9.5 MÓDULOS DE ULTRAFILTRACIÓN
HOJA DE ESPECIFICACIÓN MÓDULOS DE ULTRAFILTRACIÓN D-212, D-230 Y D-240
CARTUCHO DE FIBRAS HUECAS Zhejiang Runda Membrane Techmnology Co.,Ltd
UFaI4040 PRECIO 55-750 USD
ÁREA DE MEMBRANA 7-10 m2
MATERIAL DE MEMBRANA
PES
NMWC 50-100 kDalton
DIÁMETRO DE FIBRA 0.7 mm
CARCASA Y TAPAS EXTREMAS
U-PVC,ABS
ALTURA 101.6 cm
DIÁMETRO DE LUZ 10.0 cm
FLUJO 1500 L/h (25 °C/ 0.1 mPa)
CARCASA Y TAPAS EXTREMAS
U-PVC,ABS
RANGO DE pH PERMITIDO
1-14
PRESIÓN TRANSMEMBRANAL
< 0.3 mPa
TEMPERATURA DE OPERACIÓN
5-50 °C
FLUX DE DISEÑO 60-120 L/h m2
PRESIÓN DE ADMISIÓN RECOMENDADA
20-30 psi (1.4-2.1 bar)
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 221
HOJA DE ESPECIFICACIÓN MÓDULOS DE ULTRAFILTRACIÓN D-223
CARTUCHO DE FIBRAS HUECAS Process Scale CartridgesTM
UFP-500-E-75
Diseño sanitario para aplicaciones de miles de litros de producción. Carcasa de acero inoxidable 316 L. Diseño compacto.
ÁREA DE MEMBRANA 3.7 m2
CAPACIDAD + 500 L
NMWC 500000
DIÁMETRO DE FIBRA 1 mm
NÚMERO DE FIBRAS 1250
ALTURA 113 cm
DIÁMETRO DE LUZ 7.6 cm
VOLUMEN DE LUZ VACÍA 1170 mL
CONEXIONES AL PERMEADO
1.5 in
CONEXIONES AL FILTRADO
1.5 in
FLUJO DE ALIMENTACIÓN 60 L/min 120 L/min
PRESIÓN TRANSMEMBRANAL (agua, 20 °C)
5.2 psig 16 psig
MATERIAL PVDF (Polifluoruro de vinilideno)
Resistente a los ácidos minerales acuosos, álcalis y soluciones salinas. También son resistentes a la mayoría de los alcoholes e hidrocarburos alifáticos, así como, detergentes y aceites de hidrocarburos. Evitar: disolventes orgánicos polares como las cetonas, hidrocarburos clorados e hidrocarburos aromáticos.
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 222
HOJA DE ESPECIFICACIÓN MÓDULOS DE ULTRAFILTRACIÓN D-212, D-230 Y 2-240
CARTUCHO DE FIBRAS HUECAS ProCellTM
UFP-500-E-152-500K
Diseño sanitario para aplicaciones de miles de litros de producción. Carcasa de acero inoxidable 316 L. Diseño compacto.
ÁREA DE MEMBRANA 9 m2
CAPACIDAD + 500 L
NMWC 500000
DIÁMETRO DE FIBRA 1 mm
NÚMERO DE FIBRAS 5825
ALTURA 81 cm
DIÁMETRO DE LUZ 16.8 cm
CONEXIONES AL PERMEADO
1.5 in
CONEXIONES AL FILTRADO
2 in
FLUJO DE ALIMENTACIÓN 280 L/min 560 L/min
PRESIÓN TRANSMEMBRANAL (agua, 20 °C)
3 psig 9 psig
MATERIAL PVDF (Polifluoruro de vinilideno)
Resistente a los ácidos minerales acuosos, álcalis y soluciones salinas. También son resistentes a la mayoría de los alcoholes e hidrocarburos alifáticos, así como, detergentes y aceites de hidrocarburos. Evitar: disolventes orgánicos polares como las cetonas, hidrocarburos clorados e hidrocarburos aromáticos.
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 223
4.9.6 COLUMNA DE INTERCAMBIO IÓNICO
HOJA DE ESPECIFICACIÓN DE EQUIPOS
Ficha Técnica de Diseño
Equipo: COLUMNA DE INTERCAMBIO IÓNICO
Diagrama del equipo Modelo: L120C
Código: H-230
Material de Elaboración: Acero inoxidable
Producto a trabajar: HSAr concentrada
Tipo de conexiones: Bridas
Medidores de: Presión y temperatura
Trabajo: Continuo
Funcionamiento: Automático
COSTOS
GE Healthcare $ 16 822.3
Especificación Valor Unidades
Altura total 1.55 m
Ancho total 0.58 m
Tiempo de proceso 3 h
Volumen de operación 1.53 m3
Presión máxima de trabajo 7 bar
Eficiencia 80 %
Voltaje 230 volts
Peso 1100 kg
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 224
HOJA DE ESPECIFICACIÓN DE EQUIPOS
Ficha Técnica de Diseño
Equipo: COLUMNA DE INTERCAMBIO IÓNICO
Diagrama del equipo Modelo: L120C
Código: H-240
Material de Elaboración: Acero inoxidable
Producto a trabajar: HSAr concentrada
Tipo de conexiones: Bridas
Medidores de: Presión y temperatura
Trabajo: Continuo
Funcionamiento: Automático
COSTOS
Cole- Palmer US$ 12 584.0
Especificación Valor Unidades
Altura total 1.50 m
Ancho total 0.45 m
Tiempo de proceso 3 h
Volumen de operación 1.53 m3
Presión máxima de trabajo 7 bar
Eficiencia ¿? %
Voltaje 220 volts
Peso ¿? kg
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 225
HOJA DE ESPECIFICACIÓN DE EQUIPOS
Ficha Técnica de Diseño
Equipo: COLUMNA DE INTERCAMBIO IÓNICO
Diagrama del equipo Modelo: L120C
Código: H-220
Material de Elaboración: Acero inoxidable
Producto a trabajar: HSAr concentrada
Tipo de conexiones: Bridas
Medidores de: Presión y temperatura
Trabajo: Continuo
Funcionamiento: Automático
COSTOS
CALGON $ 20 767.4
Especificación Valor Unidades
Altura total 1.55 m
Ancho total 0.58 m
Tiempo de proceso 3 h
Volumen de operación 1.53 m3
Presión máxima de trabajo 7 bar
Eficiencia 80 %
Voltaje 230 volts
Peso 1100 kg
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 226
4.9.7 BOMBAS
ESPECIFICACIONES
DIMENSIÓN VALOR UNIDAD
Largo 41.5 cm
Ancho 24.0 cm
Alto 32.1 cm
Entrada 1 1/2 In
Salida 1 1/2 in
NOMBRE Bomba centrífuga L-090
USO Enfriamiento del biorreactor M-090
MODELO 3152MECW
SELLO Mecánico
FLUJO 6 m3/h
FLUIDO Agua de enfriamiento 10 °C
MATERIAL Hierro fundido
CAPACIDAD 1.5 HP
NPSHD 32 m
VOLTAJE 3 F, 240 V
PRECIO $ 6,600.00
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 227
ESPECIFICACIONES
DIMENSIÓN VALOR UNIDAD
Largo 57.9 cm
Ancho 34.0 cm
Alto 38.1 cm
Entrada 5 In
Salida 4 in
NOMBRE Bomba centrífuga L-100-A
USO Enfriamiento del biorreactor M-100
SELLO Mecánico
FLUJO 116 m3/h
FLUIDO Agua de enfriamiento 10°C
MATERIAL Hierro fundido
CAPACIDAD 7.5 HP
NPSHD 34 m
VOLTAJE 3 F, 240 V
PRECIO $ 12,030.00
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 228
ESPECIFICACIONES
DIMENSIÓN VALOR UNIDAD
Largo 59.3 cm
Ancho 34.0 cm
Alto 43.9 cm
Diámetro en la entrada
5 In
Diámetro en la salida 4 in
NOMBRE Bomba centrífuga L-100-B
SELLO Mecánico
FLUJO 100 m3/h
FLUIDO Medio de cultivo agotado
MATERIAL Acero inoxidable 304
CAPACIDAD 2 HP
NPSHD 19 m
VOLTAJE 3 F, 240 V
PRECIO $ 28,600.00
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 229
4.9.8 MOTORES
MOTOR N-080
USO Proporcionar agitación al tanque F-080
MARCA
NÚM. CAT. P21G7403
METERIAL Acero Y Hierro fundido
VELOCIDAD 1765 rpm
PESO 197 lb
Potencia 10 HP
VOLTAJE 230/460
AMPERES 24.6/12.3
FRECUENCIA 60 Hz
CORRIENTE 3 F
FACTOR DE SERVICIO
1.15
EFICIENCIA 91.7
FACTOR DE POTENCIA
82.7
PRECIO $ 1,420.00
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 230
MOTOR N-110
USO Proporcionar agitación al tanque F-110
MARCA
NÚM. CAT. VEM3665T
METERIAL Acero Y Hierro fundido
VELOCIDAD 1750 rpm
PESO 112 lb
Potencia 5 HP
VOLTAJE 208-230/460
AMPERES 13.8-13/6.5
FRECUENCIA 60 Hz
CORRIENTE 3 F
FACTOR DE SERVICIO
1.10
EFICIENCIA 90.2
FACTOR DE POTENCIA
80
PRECIO $ 1,020.00
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 231
MOTOR N-210
USO Proporcionar agitación al tanque F-210
MARCA
NÚM. CAT. VEM3665T
METERIAL Acero Y Hierro fundido
VELOCIDAD 1750 rpm
PESO 112 lb
Potencia 5 HP
VOLTAJE 208-230/460
AMPERES 13.8-13/6.5
FRECUENCIA 60 Hz
CORRIENTE 3 F
FACTOR DE SERVICIO
1.10
EFICIENCIA 90.2
FACTOR DE POTENCIA
80
PRECIO $ 1,020.00
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 232
MOTOR N-221
USO Proporcionar agitación al tanque F-221
MARCA
NÚM. CAT. VL5004A
METERIAL Acero Y Hierro fundido
VELOCIDAD 1725 rpm
PESO 36 lb
Potencia 0.5 HP
VOLTAJE 115/208-230
AMPERES 7.4/3.9-3.7
FRECUENCIA 60 Hz
CORRIENTE 1 F
FACTOR DE SERVICIO
1.00
EFICIENCIA 64
FACTOR DE POTENCIA
66
PRECIO $ 695.00
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 233
MOTOR
MOTOR N-231
USO Proporcionar agitación al tanque F-231
MARCA
NÚM. CAT. VL5004A
METERIAL Acero Y Hierro fundido
VELOCIDAD 1725 rpm
PESO 36 lb
Potencia 0.5 HP
VOLTAJE 115/208-230
AMPERES 7.4/3.9-3.7
FRECUENCIA 60 Hz
CORRIENTE 1 F
FACTOR DE SERVICIO
1.00
EFICIENCIA 64
FACTOR DE POTENCIA
66
PRECIO $ 695.00
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 234
MOTOR N-241
USO Proporcionar agitación al tanque F-241
MARCA
NÚM. CAT. L1203
METERIAL Acero Y Hierro fundido
VELOCIDAD 1725 rpm
PESO 19 lb
Potencia 0.25 HP
VOLTAJE 115/230
AMPERES 4.4/2.2
FRECUENCIA 60 Hz
CORRIENTE 1 F
FACTOR DE SERVICIO
1.35
EFICIENCIA 59.5
FACTOR DE POTENCIA
63
PRECIO $ 238.00
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 235
HOJA DE ESPECIFICACIÓN DE EQUIPOS
Ficha Técnica de Diseño
Equipo: BOMBA DESPLAZAMIENTO POSITIVO
Diagrama del equipo Modelo: JFPD-035-15
Código: L-231
Material: Acero inoxidable 316
Producto a trabajar: Buffer A,B,E, Agua.
Medidores de: Presión y temperatura
Trabajo: Continuo
Funcionamiento: Automático
COSTOS
Swagelok US$
Especificación Valor Unidades
Altura total 186 mm
Ancho total 150 mm
Tiempo de proceso 3 h
Volumen de operación 0.200 m3
Presión máxima de trabajo 7 bar
Voltaje 220 volts
Peso 17 kg
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 236
HOJA DE ESPECIFICACIÓN DE EQUIPOS
Ficha Técnica de Diseño
Equipo: BOMBA DESPLAZAMIENTO POSITIVO
Diagrama del equipo Modelo: JFPD-035-15
Código: L-232
Material de Elaboración: Acero inoxidable 316
Producto a trabajar: Buffer A,B,E, Agua.
Medidores de: Presión y temperatura
Trabajo: Continuo
Funcionamiento: Automático
COSTOS
Cole-Palmer US$ 369
Especificación Valor Unidades
Altura total 186 mm
Ancho total 150 mm
Tiempo de proceso 0.5 h
Volumen de operación 0.20 m3
Presión máxima de trabajo 6 bar
Voltaje 115 volts
Peso 7.8 kg
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 237
HOJA DE ESPECIFICACIÓN DE EQUIPOS
Ficha Técnica de Diseño
Equipo: BOMBA DESPLAZAMIENTO POSITIVO
Diagrama del equipo Modelo: AccuLobe™ Multi-lobe
Código: L-232
Material de Elaboración: Acero inoxidable 316
Producto a trabajar: Buffer E,C, Agua.
Medidores de: Presión y temperatura
Trabajo: Continuo
Funcionamiento: Automático
COSTOS
Viking pump
Especificación Valor Unidades
Altura total 150 mm
Ancho total 114 mm
Tiempo de proceso 0.5 h
Volumen de operación 0.20 m3
Presión máxima de trabajo 7 bar
Voltaje 115 volts
Peso 9.5 kg
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 238
4.10 HOJAS DE ESPECIFICACIÓN DE INSTRUMENTOS Y VÁLVULAS
4.10.1 CODOS
HOJA DE ESPECIFICACIÓN DE ACCESORIOS
Ficha Técnica de Diseño
Accesorio: CODOS
Diagrama del equipo Modelo: Estándar
Material de Elaboración: Acero inoxidable
Características del material: 316L electro pulido
Producto a trabajar: Caldo fermentado
Tipo de conexiones: Bridas
COSTOS
GRACIDA $368.oo
CONSTRUMATICA $1040.00
LAROX $560.00
Especificación Valor Unidades
Tamaño 1.5 in
Peso 0.3 kg
Temperatura de trabajo 3-250 °C
Presión máxima 10 atm
Valor de la A 0.07 m
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 239
4.10.2 VÁLVULAS
HOJA DE ESPECIFICACIÓN DE ACCESORIOS
Ficha Técnica de Diseño
Accesorio: VÁLVULA AUTOMATICA DE MARIPOSA
Diagrama del equipo Modelo: Keystone 250
Material de Elaboración: Acero inoxidable
Características del material: 316L electro pulido
Producto a trabajar: Caldo fermentado
Tipo de conexiones: Bridas
Mide: Presión, temperatura
y flujo
Trabajo: Continuo
Funcionamiento: Automático
Actuador : Serie 257
Cabeza de control: Serie 783
COSTOS
GRACIDA $28800.oo
CONSTRUMATICA $32000.00
LAROX $40000.00
Especificación Valor Unidades
Tamaño 1.5 in
Peso de válvula 0.8 kg
Peso de actuador 1.2 kg
Temperatura de trabajo 5-100 °C
Presión máxima 10 atm
Ancho de la válvula 0.07 m
Altura de toda la válvula 0.3 m
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 240
e
HOJA DE ESPECIFICACION DE VÁLVULA DE 1” OCUPADO COMO ACCESORIO PARA ENFRIAR EL
BIORREACTOR M-100
ESPECIFICACIONES
DIMENSION VALOR UNIDAD
DIÁMETRO 1” in
ALTURA 41 cm
LARGO 20 cm
NOMBRE DEL EQUIPO: Válvula de Globo
CARACTERISTICA CIERRE TOTAL
MATERIAL ACERO INOXIDABLE
CEDULA 304
MARCA KTM
PRECIO 24.51 ε
TAMAÑOS ½”- 8”
RANGO DE TEMPERATURA
100:1 -20°F – 518°F
VÁLVULA DE COMPUERTA
MATERIAL Acero al carbón
FLUIDO Agua de enfriamiento a 10°C
FLUJO 6 m/s
MARCA
PESO 18 kg
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 241
HOJA DE ESPECIFICACION DE VÁLVULA DE 5” OCUPADO COMO ACCESORIO EN BIORREACTOR M-
100
HOJA DE ESPECIFICACION DE VÁLVULA DE 5” OCUPADO COMO ACCESORIO PARA ENFRIAR EL
BIORREACTOR M-100
VÁLVULA DE COMPUERTA
MATERIAL Acero inoxidable 316
FLUIDO Medio de cultivo
MARCA
PESO 105 kg
ESPECIFICACIONES
DIMENSION VALOR UNIDAD
DIÁMETRO 5” in
ALTURA 75 cm
LARGO 40 cm
VÁLVULA DE COMPUERTA
MATERIAL Acero al carbón
FLUIDO Agua de enfriamiento a 10°C
MARCA
PESO 95 kg
ESPECIFICACIONES
DIMENSION VALOR UNIDAD
DIÁMETRO 5” in
ALTURA 75 cm
LARGO 40 cm
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 242
HOJA DE ESPECIFICACIÓN DE EQUIPOS
Ficha Técnica de Diseño
Equipo: VALVULA DE DIAFRAGMA 1 ¼ “
Diagrama del equipo Modelo: AD16DYMATRYX
Material de Elaboración: Acero inoxidable
Producto a trabajar: HSAr concentrada
Medidores de: Presión
Trabajo: Continuo
Funcionamiento: Automático
COSTOS
ASAHI AV US$
Especificación Valor Unidades
Altura total 161 mm
Ancho total 65 mm
Presión máxima de trabajo 5 bar
Peso ¿? kg
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 243
HOJA DE ESPECIFICACIÓN DE EQUIPOS
Ficha Técnica de Diseño
Equipo: VALVULA DE DIAFRAGMA 1 ¼”
Diagrama del equipo Modelo: Gemu 687
Material de Elaboración: Acero inoxidable
Producto a trabajar: HSAr concentrada
Medidores de: Presión
Trabajo: Continuo
Funcionamiento: Automático
COSTOS
GEMÜ US$
Especificación Valor Unidades
Altura total 153 mm
Ancho total 59 mm
Presión máxima de trabajo 5-6 bar
Peso ¿? kg
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE PROCESO 244
4.10.3 ACTUADORES
HOJA DE ESPECIFICACION DE ACTUADORES
e
NOMBRE DEL EQUIPO: ACTUADOR ELÉCTRICO
CARACTERÍSTICA CONTROL
NEUMÁTICO
MATERIAL ACERO AL
CARBÓN
PLASTICO
MARCA KTM
PRECIO 52.30 ε
RANGO DE
AMPERAJE
4-20mA Hasta 15 psi
VOLTAJE 12-24 VDC 120-575VAC
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE SERVICIOS AUXILIARES 245
5 INGENIERÍA BÁSICA DE SERVICIOS AUXILIARES
5.1 ÁREA DE SERVICIOS AUXILIARES
5.1.1 REQUERIMIENTOS DE SERVICIOS E INSUMOS
Los requerimientos de servicios ya se han calculado con anterioridad en el apartado 4.4 Memoria
de cálculo del balance de materia y calor del proceso, incluyendo la cantidad de gas que se
requiere, mientras que el insumo de electricidad se han calculado a partir de la potencia que se
requiere para que cada equipo funcione y se desglosan de una mejor manera en el apartado de
servicios auxiliares del estudio de prefactibilidad económica.
Tabla 48. Requerimientos e insumos de los servicios auxiliares.
REQUERIMIENTOS INSUMOS
REQUERIMIENTO
Agua 28.57 m3/día
Vapor 7,569 kg/h
Aire 85 m3/min
Gas Natural 710 m3/h
Electricidad 554 kW/h
5.1.2 BALANCE DE MATERIA Y ENERGÍA
Estos se han presentado anteriormente en el apartado 4.4 balance de materia y energía que se
deben proporcionar en el proceso pero que también involucran la cantidad de agua y calor que se
requieren para mantener a una cierta temperatura los equipos.
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE SERVICIOS AUXILIARES 246
5.1.3 MOMORIA DE CÁLCULO DE LOS EQUIPOS
5.1.3.1 MÓDULOS DE OSMOSIS INVERSA
El equipo de osmosis inversa (OI) se usará para reducir la cantidad de sales del agua potable que
viene de la red comercial para que se use como agua de proceso en la planta. No es necesario que
se le dé un tratamiento de esterilización o eliminación de m.o. ya que no es necesario, porque por
ejemplo el agua que se usará para hacer el medio de cultivo vendrá del tratamiento con OI pero
aún así se esterilizará el medio.
Composición de agua potable según la NOM-127-SSA1-1994 para los límites máximos permisibles.
Tabla 49. Componentes y concentraciones máximas de sales en el agua potable basados en la NOM-127-SSA1-1994.
Componente Concentración (mg/L)
Cianuro (como CN-) 0.07
Cloruros (como Cl-) 250.00
Dureza total (como CaCO3) 500.00
Fluoruros (como F-) 1.50
Nitratos (como NO3-) 10.00
Nitrito (como NO2-) 0.05
Nitrógeno amoniacal (como N) 0.50
Sodio 200.00
Sulfatos (como SO4=) 400.00
La ecuación para calcular el flux del proceso es:
𝐽 = 𝐿𝑝 ∆𝑃 − 𝜍∆𝜋
Donde:
Lp = Coeficiente de permeabilidad
ΔP = Presión de alimentación
Π = Presión osmótica y
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE SERVICIOS AUXILIARES 247
ς = Coeficiente de rechazo (99.9%)
Para calcular Π se necesita la siguiente ecuación
𝜋 =𝑛
𝑉∙ 𝑅𝑇
Donde:
N = número de moles totales (kg mol)
V = volumen del disolvente (m3)
R = Constate de los gases (82.05x10-3 atm*m3/kg mol K)
T= Temperatura (K)
Condiciones que se deben considerar para tratar el agua
Volumen total a trata es de: Vop 220m3
:=
Temperatura de operación del proceso: Top 285.15K:=
Volumen que queda al final del proceso: Vconc 20 m
3:=
Constante de los gases:
Constante de los gasesRgas 8.205710
5-
m3
atm
mol K:=
Concentración de las sales:
CN 0.07mg
L:= Cl 250
mg
L:= NH4 0.5
mg
L:=
F 1.5mg
L:= NO3 10
mg
L:= CaCO3 500
mg
L:=
SO4 400mg
L:= NO2 0.05
mg
L:= Na 200
mg
L:=
Suma CN Cl+ CaCO3+ F+ NO3+ NO2+ SO4+ NH4+ Na+ 1.362gm
L=:=
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE SERVICIOS AUXILIARES 248
Presión osmótica de CN Presión Osmótica de Cl
Presión osmótica de CaCO3 Presión Osmótica de F
Pero son dos iones cuando se disocia en agua entonces:
Presión osmótica de NO3 Presión Osmótica de NO2
PMCN 26gm
mol:=
CNtot CNVop 0.015kg=:=
nCNCNtot
PMCN
0.592mol=:=
CNnCN
Vconc
Rgas Top 70.214Pa=:=
PMCl 35.453gm
mol:=
Cltot Cl Vop 55kg=:=
nClCltot
PMCl
1.551 103
mol=:=
ClnCl
Vconc
Rgas Top 183.902kPa=:=
PMCaCO3 100.1gm
mol:=
CaCO3.tot CaCO3 Vop 110kg=:=
nCaCO3
CaCO3.tot
PMCaCO3
1.099 103
mol=:=
nCaCO3tot 2 nCaCO3 2.198 103
mol=:=
CaCO3
nCaCO3tot
Vconc
Rgas Top 260.534kPa=:=
PMF 19gm
mol:=
Ftot F Vop 0.33kg=:=
nFFtot
PMF
17.368mol=:=
FnF
Vconc
Rgas Top 2.059kPa=:=
PMNO3 62gm
mol:=
NO3.tot NO3 Vop 2.2kg=:=
nNO3
NO3.tot
PMNO3
35.484mol=:=
PMNO2 46gm
mol:=
NO2.tot NO2 Vop 0.011kg=:=
nNO2
NO2.tot
PMNO2
0.239mol=:=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE SERVICIOS AUXILIARES 249
Presión osmótica de SO4 Presión Osmótica de NH4
Presión osmótica de Na
Presión osmótica total
NO3
nNO3
Vconc
Rgas Top 4.206kPa=:= NO2
nNO2
Vconc
Rgas Top 0.028kPa=:=
PMSO4 96gm
mol:=
SO4.tot SO4 Vop 88kg=:=
nSO4
SO4.tot
PMSO4
916.667mol=:=
SO4
nSO4
Vconc
Rgas Top 108.664kPa=:=
PMNH2 18gm
mol:=
NH4.tot NH4 Vop 0.11kg=:=
nNH4
NH4.tot
PMNH2
6.111mol=:=
NH4
nNH4
Vconc
Rgas Top 0.724kPa=:=
PMNa 23gm
mol:=
Natot Na Vop 44kg=:=
nNaNatot
PMNa
1.913 103
mol=:=
NanNa
Vconc
Rgas Top 226.778kPa=:=
P CN Cl+ CaCO3+ F+ NO3+ NO2+ SO4+ NH4+ Na+ 7.767atm=:=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE SERVICIOS AUXILIARES 250
La ecuación para calcular el flux del proceso es:
J=ks ln (Cw/Cb)
Pero como vamos a concentrar la solución y el flux al principio es diferente que al final del proceso
tenemos que el flux a ocupar se calcula de la siguiente forma:
Jav=Jcf+0.33(Jci-Jcf)
Donde:
ks=Coeficiente de transferencia de masa
Cw=Concentración en la pared de la membrana
Cb=Concentración en la solución
Jcf=Flux del filtrado al final de la concentración
Jci=Flux del filtrado al inicio de la concentración
Para calcular ks se deben ocupar las correlaciones:
Donde:
Re = número de Reynolds
Dn = diámetro hidráulico de la membrana
D = Difusividad del soluto
L = Longitud de la membrana o módulo
Sc = Número de Schmidt
Sh=(ks*dn)/D
Sc=μ/(ρ*D)
Sh=A(Re)α (Sc)β (dn/L)ω
Re=(dn*v*ρ)/μ
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE SERVICIOS AUXILIARES 251
μ = viscosidad de la solución
v = velocidad
ρ = densidad de la solución
Si el régimen es laminar o Re<1800 entonces: Sh=1.86(Re)0.33 (Sc)0.33 (dn/L)0.33
Si el régimen es turbulento entonces: Sh=0.023(Re)0.8 (Sc)0.33
Las propiedades de la solución ( a 12 °C) son las siguientes:
Las difusividades para cada soluto son: (NaCl) es de 6.1x10-10 m2/s, Sulfato de Amonio 1.85x10-9
m2/s y fosfato de potasio 5.6x10-10 m2/s, haciendo un promedio se tiene:
El módulo tiene las siguientes características:
Membranas en espiral de poliamida
1.2363103-
Pa s:=
998kg
m3
:=
D
6.1 1010-
m
2
s
1.85 109-
m
2
s
+ 5.6 1010-
m
2
s
+
3
:=
D 1.007 109-
m
2
s=
Amemb 283 m2
:= dpermeado 2in:= dnominal 18in:=
Anominal
4dnominal
2
0.164m
2=:=
Apermeado
4dpermeado
2
2.027 10
3- m
2=:=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE SERVICIOS AUXILIARES 252
El área transversal se dividió entre dos considerando los canales por donde el permeado circula
Proponiendo un Reynolds turbulento dentro de las membranas nos queda:
Teniendo un volumen inicial Vo de 220 m3 y queremos concentrar las sales hasta un volumen
final de 20 m^3 entonces la concentración final es:
Atransv
Anominal Apermeado- 2
0.081m2
=:=
dhAtransv 4
1
2
0.321m=:=
Rem 15000:=
vm
Rem
dh 0.058
m
s=:=
Sc
D1.231 10
3=:=
Sh 0.023 Rem 0.8 Sc( )
0.33527.638=:=
ksSh D
dh1.653 10
6-
m
s=:=
Concentración inicial
Concentración final
Vo 220m3
:= Vc 20 m3
:= Cw 100gm
L:=
Cbi CN Cl+ CaCO3+ F+ NO3+ NO2+ SO4+ NH4+ Na+ 1.362kg
m3
=:=
CbfCbi Vo
Vc
14.983gm
L=:=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE SERVICIOS AUXILIARES 253
Área requerida total y Número de módulos
Redondeando tenemos que el número de módulos es:
NmodReal 1:=
Calculando los flux tenemos
Jci ks lnCw
Cbi
7.102 106-
m
s=:=
Jcf ks lnCw
Cbf
3.138 106-
m
s=:=
Jav Jcf 0.33 Jci Jcf- + 4.446 106-
m
s=:=
Volumen que se va filtrar del total
Tiempo de operación propuesto son 12 horas por 5 días a la semana
Área total requerida
Número de módulos que se requieren con el módulo comercial de 283 m2 de área
Vfiltrado 200 m3
:=
tfiltrado.propuesto 50hr:=
Atotal
Vfiltrado
Jav tfiltrado.propuesto249.891m
2=:=
NmodAtotal
Amemb
0.883=:=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE SERVICIOS AUXILIARES 254
Flujo de Permeado total del sistema
Para el cálculo del flujo de alimentación tenemos de la velocidad en la membrana
5.1.3.1.1 CÁLCULO DE LA BOMBA PARA EL EQUIPO DE OI
Ya se tienen las propiedades de la solución y se calcula el peso específico:
La potencia de una bomba se calcula con la siguiente ecuación
Donde
PA = Potencia requerida
hA = Energía que se agrega
Q = Flujo volumétrico
QpermeadoTotal Jav Amemb NmodReal 4.53m
3
hr=:=
Qalim vm Atransv NmodReal 16.88m
3
hr=:=
Qretorno Qalim QpermeadoTotal- 12.35m
3
hr=:=
g 9.787 103
kg
m2
s2
=:=
PA
hA Q Ef
:=hA
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE SERVICIOS AUXILIARES 255
La ecuación general de energía es la siguiente
Donde
ρ1,2 = Densidad del líquido en la primera y segunda sección
γ = Peso específico
z1,2 = Altura del líquido en la primera y segunda sección
v1,2 = Velocidad de líquido en la primera y segunda sección
g = Aceleración de la gravedad
hA = Energía agregada
hL = Pérdidas de energía
Para el cálculo de pérdidas de energía se utiliza la ecuación de Darcy
Donde
f = Factor de fricción
v = Velocidad
D = Diámetro de la tubería
L = Longitud de la corriente de flujo
La rugosidad del acero comercial es: 4.6x10-5 m
hL fL
D
v2
2g:= ff
4.5105-m:=
A1
z1+
v12
2 g+ hA+ hL-:=
1B
2
z2+
v22
2 g+:=
2A B:= BB
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE SERVICIOS AUXILIARES 256
Tuberías y las velocidades de fluido en ellas
Entrada Recirculado Permeado
Tubería de 2 1/2"
1 codos de 2 1/2"
Tubería de 2"
2 codos de 2"
Tubería de 1 1/2"
1 codo de 1 1/2"
Cálculo del número de Reynolds
Usando la ecuación para flujos turbulentos se calcula el factor de fricción
Para tubería de 2 1/2" Para tubería de 2" Para tubería de 1 1/2"
Die 62.71mm:=
Dexte 73.03mm:=
Le 8 m:=
ve
4Qalim
Die2
1.518m
s=:=
DiR 52.50mm:=
DextR 60.33mm:=
LR 8m:=
vR
4Qretorno
DiR2
1.585m
s=:=
DiP 40.89mm:=
DextP 48.26mm:=
LP 8m:=
vP
4Qpermeado
DiP2
0.958m
s=:=
Ree
ve Die
7.685 10
4=:=
ReR
vR DiR
6.716 10
4=:=
ReP
vP DiP
3.163 10
4=:=
Die
1.394 10
3=
DiR
1.167 10
3=
DiP
908.667=
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE SERVICIOS AUXILIARES 257
Los factores de fricción en cada tubería entonces son:
Pérdidas de energía en tuberías
Pérdidas de energía en accesorios
fe0.25
log1
3.7Die
5.74
Ree0.9
+
20.022=:=
fR0.25
log1
3.7DiR
5.74
ReR0.9
+
20.023=:=
fP0.25
log1
3.7DiP
5.74
ReP0.9
+
20.026=:=
hL.e fe
Le
Die
ve
2
2g 0.329m=:=
hL.R fR
LR
DiR
vR
2
2g 0.446m=:=
hL.P fP
LP
DiP
vP
2
2g 0.239m=:=
hL.codo.e fe 30ve
2
2g 0.077m=:=
hL.codo.R fR 2 30vR
2
2g 0.175m=:=
hL.codo.P fP 30vP
2
2g 0.037m=:=
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Pérdidas de energías totales
Teniendo los siguientes datos se calcula la potencia de la bomba
Se escoge una bomba con una potencia de 10 HP
hL hL.e hL.R+ hL.P+ hL.codo.e+ hL.codo.R+ hL.codo.P+ 1.304m=:=
Caudal Qalim 16.88m
3
hr=:=
z1 5m:= Patm 1atm:= vmembrana vm:= valim 0m
s:=
ha1
2gvmembrana 10
2valim
2-
hL+ z1+
P Patm-
g+ 76.377m=:=
Pa ha g Qalim
0.48 9.792hp=:=
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5.1.3.2 COMPRESOR
5.1.3.2.1 CAPACIDAD DEL COMPRESOR
Calculo de compresores de airePoxigeno50
.2889atm
.21:=
Q5 5000L
min3:=
Poxigeno50 1.394 105
Pa=
ambos en L/mi n
Q50 50000L
min1.4:= Poxigeno5
.3012atm
.21:=
ambas en atmPoxigeno5 1.453 10
5 Pa=
El caudal total debera estar en:
Qt Q5 Q50+:=
Qt 60s1000
m3
8.5 104
= en L/minQt 1.417
m3
s=
Considerando que el coficiente de simultaneidad es de 0.45
Qtcorregido Qt 1:=
Qtcorregido 1.417m
3
s= Qtcorregido 60 s
1000
m3
8.5 104
= en L/min
Para cambiar este valor a Nl/min
QtcQtcorregido
1000 .028317:= Qtcorregido
60s 1000
m3
28.317
3.002 103
=
Qtco Qtcorregido60s 1000
m3
28.317
:= Qtco 3.002 103
= en cfm
Qtf Qtco 1.7:=
Qtf 5.103 103
= en Nl/min
Qtf
6085.049= en Nl/s
Ahora se consideran los siguientes coeficien tes:
Coeficiente de futuras ampliaciones Cfa=1.3
Coeficiente de mayoracion por fugas Cmf=1 .05
Coeficiente de funcionamiento de compresor Cfc=2 (esta funcionando medio ciclo
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5.1.3.2.2 CÁLCULO DE LA POTENCIA DEL COMPRESOR
1. En base al flujo de aire requerido en la planta y empleando la ecuación de gases ideales:
𝑃𝑉 =𝑚
𝑀𝑅𝑇
donde P= Presión (Atm)
0,734
V= VOLUMEN (l)
85000
R=Cte gases ideal (atm. l/mol. K)
0,082
T= Temperatura (K)
293,15
M= peso molecular aire ( g/mol)
28,84
Y sustituyendo obtenemos:
𝑚 = 0.734 𝑎𝑡𝑚 85000 𝑙 (28.84
𝑔𝑚𝑜𝑙
)
0.082 𝑎𝑡𝑚𝑙
𝑚𝑜𝑙𝐾 (293.15 𝐾)
= 1248 𝑔/𝑠
𝑚 = 1.248 𝐾𝑔/𝑠
2. Para el cálculo de la potencia se puede emplear ecuación adiabática (1) o isotérmica (2)
−𝑊𝑠 =𝛾
𝛾−1
𝑅𝑇
𝑀
𝑃2
𝑃1 𝛾−1
𝛾 − 1 …(1)
QfinalQtf
60
1.3 1.05 2:=
Qfinal 232.184= en Nl/s Qfinal 60 1.393 104
= en Nl/min
De catalogos, la velocidad promedio para compresores de esta capacidad es de 2500 rpm
La capacidad del deposito debe ser entonces:
Volumen
15Qfinal 60
1000 1.01
.5 30:=
Volumen 14.07= en m3
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donde
R= cte gases (KJ/mol K)
8314,3
γ= para aire
1,4
P1= Presión inicial (kpa)
74,37
P2= Presión de compresión (Kpa)
253,31
M= peso molecular aire (Kg/mol)
28,84
T= Temperatura (K)
293,15
-Ws (J/kg)
124021,8
Y sustituyendo obtenemos:
−𝑊𝑠 =1.4
1.4 − 1
8314.3𝐾𝐽𝑚𝑜𝑙
𝐾 (273.15 𝐾)
(28.84𝐾𝑔𝑚𝑜𝑙
)
253.31 𝐾𝑃𝑎
74.37 𝐾𝑃𝑎
1.4−1
1.4
− 1
−𝑊𝑠 = 124022𝐽
𝑘𝑔
Para calcular la potencia real se emplea la siguiente ecuación:
𝐾𝑤𝑟𝑒𝑎𝑙 =−𝑊𝑠𝑚
𝜂 1000
Donde:
m= gasto masico (kg/s)
1,248
n= eficiencia
0,8
factor de corrección ( J a KJ)
1000
𝐾𝑤𝑟𝑒𝑎𝑙 =
− 124021.8𝐽𝑘𝑔
(1.248𝐾𝑔𝑠
)
(0.8)1000
𝐾𝑤𝑟𝑒𝑎𝑙 = 193.4 𝐾𝑤 = 259.4 𝐻𝑝
Para compresión isotérmica
−𝑊𝑠 =2.3026𝑅𝑇
𝑀log
𝑃2
𝑃1
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Y considerando las mismas condiciones propuestas se obtiene:
−𝑊𝑠 =2.3026 8314.3
𝐾𝐽𝑚𝑜𝑙
𝐾 (273.15𝐾)
(28.84𝐾𝑔𝑚𝑜𝑙
)log
253.31 𝐾𝑃𝑎
74.37 𝐾𝑃𝑎
−𝑊𝑠 = 103573.7 𝐽/𝑘𝑔
𝐾𝑤𝑟𝑒𝑎𝑙 =
− 103573.7𝐽𝑘𝑔
(1.248𝐾𝑔𝑠
)
(0.8)1000
𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑟𝑒𝑎𝑙 = 161.5 𝐾𝑤
−𝑊𝑠 = 216.6 𝐻𝑝
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5.1.3.3 CALDERA
Cálculo de caldera
La tabla siguiente muestra la cantidad de vapor requerida por la planta.
Tabla 50. Requerimientos de vapor
Equipo Kg vapor/h
Esterilización continua 1,273.33
Esterilización por lote de biorreactor semilla 4,515.56
Esterilización por lote de biorreactor principal 148.32
Total 5,937.21
*Total + 27.5% 7,569.94
*Siempre se considera un 25-30% de la capacidad de la planta
También es necesario considerar las siguientes condiciones de operación:
Tabla 51. Condiciones de operación
Condiciones de operación
Temperatura de alimentación del H2O 15 °C
Presión de generación de vapor* 10 kg/cm2
Temperatura máxima alcanzada con dicha presión 183 °C
Con estos datos se busca en la tabla de la figura siguiente.
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Figura 25. kg de vapor seco saturado por caballo caldera hora.
Determinación de la capacidad de la caldera
𝐶𝐶 = 7569.94/13.08
𝐶𝐶 = 𝟓𝟕𝟖. 𝟕𝟒
Por lo tanto se necesitan 2 calderas de 600 CC, una en operación y otra en stand by.
Determinación de la cantidad de agua requerida por una caldera de 600 CC.
En base a la tabla siguiente se sabe que se requieren 156.5 L agua/min al 100% de eficiencia
térmica.
Sin embargo, la caldera funcionará al 80% de eficiencia térmica, por tanto el flujo de agua
requerido será de: 125.2 L/min.
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Tabla 52. Agua requerida para alimentación de calderas
En este sentido, la cantidad de agua requerida por ambas calderas es de:
LOH
OH
LOH
OH
30048
2*60*4.250
min/4.250
2*2.125
2
2
2
2
=
=
=
=
Determinación de la potencia de la bomba para las calderas
Haciendo las siguientes consideraciones:
skgQ
Q
kgQ
calderaskgQ
/17.4
60/4.250
min/4.250
2min*/2.125
=
=
=
=
2
2
/15
min/10*5.1
/10
cmkgP
kgP
cmkgP
prueba
pruba
trabajo
=
=
=
aguadecolumnamHm
cmkgHm
...150
10*/15 2
=
=
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La potencia de la bomba es:
Y el diámetro de succión y descarga es:
Por tanto se requiere una bomba de 12.52 HP con diámetro de succión y descarga de 2 pulgadas.
Determinación de cantidad de combustible
De acuerdo a la tabla siguiente, una caldera de 600 CC al 80% de eficiencia térmica consume 620.0
L/h al 80% de eficiencia térmica.
Tabla 53. Consumos de combustible (promedio) en calderas para diversos rendimientos térmicos.
52.12
50/150*17.4
50/*
=
=
=
HP
HP
HmQHP
inD
skgD
QD
SD
SD
SD
04.2
/17.4
=
=
=
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Sin embargo, debido a las nuevas regulaciones, es necesario utilizar gas natural, en base a la tabla
siguiente, se utilizarían 710 m3/h.
En base a la tabla siguiente, se obtienen las dimensiones de una caldera de 600 CC.
Tabla 54. Dimensiones y requerimientos para calderas d 600 CC.
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5.1.4 TORRE DE ENFRIAMIENTO
Torre de enfriamiento
Flujo necesario 600 Lb/min
272.4 Kg/min
ρ H2O 1000 Kg/m3
Flujo necesario 0.2724 m3/min
Kilogramos totales de agua 5448 kg
Metros cúbicos necesarios para el proceso en 30 min.
8.172 m3
Se busca en catálogos un proveedor que nos provea de un flujo en el peor caso de 0.2724m3/h
Se encuentra una torre de enfriamiento que trabaja le cabe del doble de agua en KG de lo que se requiere
lo cual es un buen parámetro de inicio por que se calcula a continuación el tiempo de enfriamiento
Kg de operación máxima en la
torre 11994 Kg Relación
Metros cúbicos que entran en
la torre a máxima operación 11.994 m3
El flujo de llenado es 20% mas grande que el de
enfriamiento
Tiempo necesario para llenar
la torre 44.030837 min 0.21792 m3/min
El agua se enfría de 35 a 26°C
Tiempo necesario de
enfriamiento para la cantidad
máxima 55.03855 min
Tiempo de enfriamiento de
agua requerida para
biorreactor 37.5 min
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Hfd
Qmed
4Dtuberiadescarga( )
2
2
2 9.81
.305.k1 2 .k2 2+
Ltuberia
.305.05+
:=
PHt Qgal 1
.7 3.96 103
:=
Calculo de bomba de la torre de enfriamiento
Hf Hfs Hfd+:=
Hf 5.978 104-
=
Ht z P+ Hf+:=
en m
en m
en m3/s en m
en ft
psi
psi
en m/s
en m
en ft
en ft
Codos
Valvulas
"T"
en m3/s
en ft
Ltuberia 20:=
Qmed200
3600( ):=
Dtuberiasuccion 2.191:=
Qmed 0.056= Dtuberiadescarga 2.027:=
z 10:=
1ft 0.305m=P1 15.22:=
P2 15.22:=
vmedQmed
4Dtuberiasuccion( )
2:= vmed 0.015=
Hvvmed
2
2 9.81:= Hv 1.107 10
5-=
HvHv
.305:= Hv 3.628 10
5-=
P P22.31( ) P12.31( )-:=
P 0=
k1 .75:= nc 12:=
k2 .2:= nv 6:=
k3 1.8:= nt 1:=
Hfs Hv k1nc k2nv+ k3nt+( ):=
Hfs 4.354 104-
=
Qmed 0.056=
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Ht 10.001=
Qgal 880.902=
Qgal Qmed1000
3.784 60:=
P 3.178=
en ft
en gal/min
Se elige una bomba de 5 de HP
en HP
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5.1.5 LISTA DE EQUIPOS DE SERVICIOS
Los servicios auxiliares con los cuales cuenta la planta son agua para proceso, aire para alimentar
el biorreactor, vapor para la esterilización y agua que es usado prácticamente en todos los
procesos. Para ello se hace la siguiente lista de los equipos necesarios para contar con estos
servicios.
Tabla 55. Lista de los equipos usados para los servicios auxiliares.
EQUIPO CAPACIDAD MATERIAL PRECIO OBSERVACIONES
Osmosis Inversa
Flujo de permeado: 4.53 m3/h Utiliza una bomba de : 10HP
Membrana de poliamida
$ 2,083,000.00 Para tratar agua potable y reducir la dureza y la concentración de sales
Compresor Potencia de 220 HP Volumen de 14.07 m3
Acero inoxidable
$ 804960.3 Es usado para la disposición de agua en toda la planta
Caldera 600 CC Presión de trabajo 10 kg/cm2
Acero inoxidable
$265,000.00 Usado para generar el vapor que se requiere para calentar los biorreactores y esterilizarlos
Torre de enfriamiento
Flujo de 5 m3/h Potencia 50 HP
Acero Inoxidable
$ 1,894,100.00 USD
Usado para enfriar el agua que se usa para el enfriamiento de los biorreactores
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5.1.6 HOJA DE ESPECIFICACIÓN DE EQUIPOS DE SERVICIOS AUXILIARES
5.1.6.1 SISTEMA DE ÓSMOSIS INVERSA
HOJA DE ESPECIFICACION DEL SISTEMA DE ÓSMOSIS INVERSA
ESPECIFICACIONES
DIMENSIÓN VALOR UNIDAD
Largo 41.5 cm
Ancho 24.0 cm
Alto 32.1 cm
Entrada 1 1/2 In
Salida 1 1/2 in
NOMBRE Sistema de Ósmosis Inversa
USO Retirar las sales del agua potable
MODELO 18061-SW-3050
CONSTRUCCIÓN Espiral
ÁREA DE MEMBRANA
283 m3
ESPACIO 0.7 mm
FLUJO ALIMENTACIÓN
16.88 m3/h
FLUJO DE RETORNO 12.35 m3/h
FLUJO DE PERMEADO
4.53 m3/h
FLUIDO Agua potable
MATERIAL Membrana de poliamida
CAPACIDAD MÁXIMA
200 m3/día
PRESIÓN DE OPERACIÓN TÍPICA
750-950 psi
PRESIÓN DE OPERACIÓN
MÁXIMA
1,200 psi
TEMPERATURA DE OPERACIÓN
MÁXIMA
45 °C
pH DE OPERACIÓN 4-11
PRECIO $ 2,083,000.00
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5.1.6.1.1 BOMBA PARA SISTEMA DE ÓSMOSIS INVERSA
ESPECIFICACIONES
DIMENSIÓN VALOR UNIDAD
Largo 41.5 cm
Ancho 24.0 cm
Alto 32.1 cm
Entrada 1 1/2 In
Salida 1 1/2 in
NOMBRE Bomba centrífuga
USO Alimentar el sistema de ósmosis Inversa
MODELO 3152MECW
SELLO Mecánico
FLUJO 16.9 m3/h
FLUIDO Agua potable
MATERIAL Hierro fundido
EFICIENCIA 75%
CAPACIDAD 10 HP
VOLTAJE 3 F, 240 V
PRECIO $ 14,364.00
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5.1.6.2 TORRE DE ENFRIAMIENTO
ESPECIFICACIONES
DIMENSION VALOR UNIDAD
Entrada 8 in
Salida 16 in
Largo 3.63 m
Ancho 6.84 m
Alto 6.84 m
TORRE DE ENFRIAMIENTO
CARACTERISTICA
Material Acero inoxidable
Flujo 5.00 m3/h
Marca AEC
Precio 1894100 Dolares
Modelo M Series Tower
Potencia 50 HP
Motor RELIANCE 5CV
Velocidad angular 1730 rpm
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5.1.6.3 COMPRESOR
HOJA DE ESPECIFICACIÓN DE EQUIPOS
Ficha Técnica de Diseño
Equipo: COMPRESOR DE AIRE BOGE
Diagrama del equipo Modelo: E160-10.5
Código: X-XXX
Material de
Elaboración:
Acero inoxidable
Producto a trabajar: Aire
Medidores de: Presión y temperatura
Trabajo: Continuo
Funcionamiento: Automático
COSTOS
BOGE Compressed air
systems
$ 804960.3
Especificación Valor Unidades
Altura total 3.915 m
Ancho total 1.910 m
Largo total 1.600 m
Tiempo de proceso 3 h
Volumen de operación 85 m3
Presión máxima de trabajo 10.5 bar
Eficiencia 80 %
Voltaje 230, 3 fases volts
Peso 2800 kg
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5.1.6.4 CALDERA
HOJA DE ESPECIFICACIÓN DE EQUIPOS
Equipo: Caldera
Diagrama del equipo Modelo: WET-BACK
Capacidad 600 CC
Material de Elaboración: Acero inoxidable
Presión de trabajo 10 kg/cm2
Medidores de: Presión,
temperatura y
flujo
COSTOS
MYRGGO $325,000.00
CALTECNIC $290,000.00
POWERMASTER $265,000.00
Especificación Valor Unidades
Ancho total 2.946 m
Largo total 7.061 m
Eficiencia 80 %
Motor requerido 12.5 HP
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5.1.7 DIAGRAMA ISOMÉTRICO DE LOS SERVICIOS DE LA PLANTA
5.1.7.1 MÓDULO DE OI
Figura 26. Isométrico del módulo de OI
5.1.7.2 COMPRESOR
Figura 27. Isométrico del compresor.
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5.1.7.3 CALDERA
Figura 28. Sistema de generación de calor indicando sus componentes.
Figura 29. Sistema de generación de calor indicando las medidas de cada componente.
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE SERVICIOS AUXILIARES 279
Figura 30. Vista superior del sistema para generar vapor y el área que ocupa.
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5.1.7.4 TORRE DE ENFRIAMIENTO
Figura 31. Isométrico De la torre de enfriamiento
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5.2 DISTRIBUCIÓN DE LA PLANTA
5.2.1 ARREGLO DE EQUIPOS EN LAS ÁREAS DE PROCESO Y DIMENSIONAMIENTO DE LAS
ÁREAS
Figura 32. Distribución De los equipos en la zona 000 y 100.
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Figura 33. Distribución de equipos en la zona 200.
Figura 34. Distribución de equipos en la Zona 200-A.
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Distribución de las áreas de proceso de la planta productora de albumina sérica humana
recombinante e isométrico.
Figura 35. Vista Isométrica de las áreas de proceso.
Figura 36. Vista Fontal del las áreas de proceso
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Figura 37. Acercamiento de cada una de las áreas de proceso
Subterráneo de la zona 100
Trabajador abriendo válvula del
birreactor de fermentación M-100
Tercer piso, planta alta de la zona
100
Trabajador revisando motor del
birreactor M-100
Zona 200
Trabajador operando una centrifuga
continua
Zona 200-A
Trabajador revisando la unidad de
Ultrafiltración
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5.2.2 ARREGLO DE EQUIPOS EN LAS ÁREAS DE SERVICIOS AUXILIARES Y DIMENSIONAMIENTO
DE LAS ÁREAS
Figura 38. Distribución de equipos en el área de servicios auxiliares.
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5.2.3 LISTA DE ÁREAS EN LA PLANTA
En la siguiente tabla se presentan los equipos que se encuentran en cada Zona en la planta así
como alguna descripción breve de cada una de ellas .
Tabla 56. Áreas de la planta con los equipos que corresponden a cada una.
Zona Equipo Descripción
Zona 000
1 Tanque de medio (F-080) Con un volumen de 25m3
1 Tanque semilla (F-090) Con un volumen de 5m3
1 Bomba centrifuga (L-081) Motor eléctrico con una capacidad de 10HP
1 Intercambiador de Placas (F-082) Marca Polaris, de acero inoxidable, cedula
304, flujo máximo de 5m3/h
1 Motor de agitación para el tanque
F-080 Motor eléctrico con una capacidad de 10HP
1 Motor de agitación para el tanque
F-090
Motor eléctrico con una capacidad de
100HP
2 Tanques de Buffer Acido Con un volumen de 1.5m3
2 Tanques de Buffer Alcalino Con un volumen de 1.5m3
Zona 100
2 Tanque de producción (F-100) Con un volumen de 50m3
1 Tanque de Balance (F-110) Con un volumen de 50m3
2 Bomba centrifuga (L-101) Motor eléctrico con una capacidad de 10HP
2 Bomba centrifuga (L-111) Motor eléctrico con una capacidad de10HP
2 Tanque de Buffer Acido Con un volumen de 1.5m3
2 Tanque de Buffer Alcalino Con un volumen de 1.5m3
2 Motor de agitación para el Tanque
F-100
Motor eléctrico con una capacidad de
500HP
2 Motor de agitación para el Tanque
F-110 Motor eléctrico con una capacidad de 5HP
Zona 200 8 centrifugas de discos Westfalian Modelo: SC150 capacidad de
0.7812 m3cpor hora
Zona 200-
A
1 Tanque de Balance (F-210) Con un volumen de 40m3
1 Tanque de Balance (F-221) Con un volumen de 0.78m3
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1 Tanque de Balance (F-231) Con un volumen de 0.5m3
1 Tanque de Balance (F-241) Con un volumen de 0.35m3
1 Tanque de Balance (F-251) Con un volumen de 0.20m3
1 Modulo de Ultrafiltración (D-212) Marca: AG Tencologies, Modelo: ProcelTM
área 9m2 corte de peso molecular 500KDa
1 Modulo de Ultrafiltración (D-223) Process Scale Catridges, área 3.7m2 , corte
de peso molecular 500KDa
1 Modulo de Ultrafiltración (D-233) Marca: AG Tencologies, Modelo: ProcelTM
área 9m2 corte de peso molecular 500KDa
1 Modulo de Ultrafiltración (D-243) Marca: AG Tencologies, Modelo: ProcelTM
área 9m2 corte de peso molecular 500KDa
1 Bomba centrifuga (L-211) Motor eléctrico con una capacidad de 5HP
1 Bomba centrifuga (L-222) Motor eléctrico con una capacidad de ½ HP
1 Bomba centrifuga (L-232) Motor eléctrico con una capacidad de ½ HP
1 Bomba centrifuga (L-242) Motor eléctrico con una capacidad de ¼ HP
1 Motor de agitación para el tanque
F-210 Motor eléctrico con una capacidad de 5HP
1 Motor de agitación para el tanque
F-221 Motor eléctrico con una capacidad de ½ HP
1 Motor de agitación para el tanque
F-231 Motor eléctrico con una capacidad de ½ HP
1 Motor de agitación para el tanque
F-241 Motor eléctrico con una capacidad de ½ HP
1 Motor de agitación para el tanque
F-251 Motor eléctrico con una capacidad de ¼ HP
1 Columnas de intercambio iónico Marca: GE Healthcare, modelo L120C,
volumen de operación 1.53m3.
1 Columnas de intercambio iónico Marca: GE Healthcare, modelo L120C,
volumen de operación 1.53m3.
1 Columnas de intercambio iónico Marca: GE Healthcare, modelo L120C,
volumen de operación 1.53m3.
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Cuarto de
Servicios
1 Compresor de aire Marca Atlas Copco
2 Calderas Marca Cleaver Brooks
2 tanques de agua Con cierre hermético marca Rotoplas
1 tanque de gas L.P. Con una capacidad de 100lts de gas L.P.
2 cisternas de agua Con una capacidad de 25m2
1 torre de enfriamiento Marca: Polaris, de acero inoxidable cedula
304
1 Equipo de osmosis inversa De membrada de metilcelulosa
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5.2.4 PLANO DE DISTRIBUCIÓN DE LAS ÁREAS DE LA PLANTA
La distribución de la planta se realizó por medio del método: Systematic Layout Planning
Se consideran las áreas que conformaran la planta:
Figura 39. Áreas que conforman a la planta entera.
Y se asignan líneas dependiendo del grado de interés (dado por el proceso) que alguna área quede
cerca de otra; considerando:
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Tabla 57. Nomenclatura de importancia para el sistema SLP.
PUNTUACIÓN CARACTERÍSTICA TIPO DE LINEA
A IMPRESCINDIBLE
E IMPORTANTE
I ORDINARIO
U INDIFERENTE
X INDESEABLE
Quedando la distribución de la siguiente manera
Figura 40. Distribución de las áreas en la planta.
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Quedando entonces el plano de la planta completa de la siguiente manera
Figura 41. Plano de distribución de la planta.
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5.3 DIAGRAMA UNIFILAR DE LA PLANTA
El diagrama unifilar de la planta se muestra a continuación.
Figura 42. Diagrama unifilar de la planta.
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5.4 PROGRAMA MAESTRO DE EJECUCIÓN DEL PROYECTO
5.4.1 DIAGRAMA DE GANTT PARA LA PROCURACIÓN, CONSTRUCCIÓN, INSTALACIÓN Y
ARRANQUE DE LA PLANTA
El diagrama de Gantt se presenta a continuación en la siguiente página.
Etapa Actividad Mes 1
Mes 2
Mes 3
Mes 4
Mes 5
Mes 6
Mes 7
Mes 8
Mes 9
Mes 10
Mes 11
Mes 12
Mes 13
Mes 14
Mes 15
Mes 16
Mes 17
Mes 18
Evaluación
Presentación del Proyecto
Aprobación del Proyecto
Trámites legales (permisos, pago de derechos, etc)
Desarrollo I: Construcción
Adquisición del terreno
Contratación de maquinaria pesada
Acondicionamiento del terreno (compactación)
Construcción de la planta
Adquisición de material de construcción
Desarrollo II: Acondicionamiento
Adquisición de tuberías e instrumentación:
Tuberías, instrumentos, bombas
Adquisición de equipo:
Biorreactores
Tanques de balance
Centrifugas
Columnas de intercambio
Modulo de UF
Desarrollo III: Pruebas iniciales
Contratación de personal de la Planta
Capacitación de personal de la Planta
Pruebas hidrodinámicas en líneas de producción
Piloto I
Adquisición de materia prima
Pruebas piloto de producción
Pruebas piloto de recuperación
Pruebas piloto de purificación y envasado
Piloto II Producción de lotes de acuerdo a FDA
Arranque Arranque de la planta
5.4.2 CUADRO TÉCNICO COMPARATIVO PARA LA ADIQUISICIÓN DE EQUIPOS DE PROCESO
Para realizar el cuadro comparativo de adquisiciones se analizaron 3 proveedores para finalmente
elegir el mejor, en algunos casos no fue posible realizar este cuadro comparativo por la falta de
respuesta por parte de los proveedores por ello solo se estimaron los precios de los equipos con
ayuda de un programa disponible en la página web http://www.matche.com/.
5.4.2.1 MÓDULOS DE ULTFILTRACIÓN
Tabla 58. Cuadro comparativo de adquisiciones para los módulos de Ultrafiltración D-212, D-233 y D-243.
Módulos de UF D-212, D-233 Y D-243
Características Proveedor A Proveedor B Proveedor C
Precio Unitario $ 71 184 $75,345 $65,987
Descuento comercial 2% 3% 2%
Trasporte Incluido Incluido Incluido
Seguros Incluido Incluido Incluido
Precio Total $69,760 $73,084 $64 667
Periodo de Garantía 3 Años 3 años 3 Años
Plazo de Entrega 60 días 60 días 60 días
Forma de Pago Efectivo Efectivo Efectivo
Condiciones de Calidad
Calidad del Producto Excelente Excelente Excelente
Se escoge el proveedor C por ser el más conveniente.
Tabla 59. Cuadro comparativo de adquisiciones para el módulo de Ultrafiltración D-223.
Módulo de UF D-223
Características Proveedor A Proveedor B Proveedor C
Precio Unitario $ 55 236 $57,800 $56,350
Descuento comercial 2% 2% 2%
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Trasporte Incluido Incluido Incluido
Seguros Incluido Incluido Incluido
Precio Total $54,131 $56,644 $55,223
Periodo de Garantía 3 Años 3 años 3 Años
Plazo de Entrega 60 días 60 días 60 días
Forma de Pago Efectivo Efectivo Efectivo
Condiciones de Calidad
Calidad del Producto Excelente Excelente Excelente
Se escoge el proveedor A por ser el más conveniente.
5.4.2.2 COMPRESOR
Tabla 60. Cuadro de adquisiciones del compresor.
Compresor de aire
Características BOGE compressed air systems ELGI BAUER Group
Precio Unitario $61920.5 $53264.2 $57590.2
Descuento comercial 2% 3% 2.5%
Trasporte Incluido Incluido Incluido
Seguros Incluido Incluido Incluido
Precio Total $ 804960.3 $692434.6 $748672
Periodo de Garantía 5 años 2 años NA
Plazo de Entrega 1 mes 1-2 meses 1-2 meses
Servicio Técnico Incluido Incluido Incluido
Forma de Pago Contado, pagos mensuales Contado Contado
Observaciones NA NA NA
Condiciones de Calidad
Calidad del Producto Excelente Muy buena Muy buena
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5.4.2.3 CALDERAS
El cuadro siguiente muestra la comparación del costo de la caldera de 600 CC, con tres
proveedores: MYRGGO, CALTECNIC y POWERMASTER.
Tabla 61. Cuadro de adquisiciones para la caldera Wet-Back. CALDERA WET-BACK
Características Proveedor A Proveedor B Proveedor C
Nombre del proveedor MYRGGO CALTECNIC POWERMASTER
Precio Unitario $325,000.00 $290,000.00 $265,000.00
Descuento comercial 2% 0% 0%
Descuento por las 2 calderas 6% 3% 0%
Trasporte Incluido Incluido Incluido
Seguros Incluido Incluido Incluido
Precio Total por las 2 calderas $611,000.00 $562,600.00 $530,000.00
Periodo de Garantía 1 año 1 año 1 año
Plazo de Entrega 1 semana 2 semanas 2 semanas
Servicio Técnico Incluido Incluido Incluido
Forma de Pago 60% de contado pagos Pagos
Observaciones nuevas nuevas seminuevas
Condiciones de Calidad
Calidad del Producto Buena Buena Buena
El proveedor elegido será POWERMASTER puesto que ofrece un menor precio y vende un
producto de buena calidad.
El cuadro siguiente muestra la comparación del costo de los tanques suavisadores, con tres
proveedores: FLECK, WATER SOFTENERS y SOFT CLEAR.
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Tabla 62. Cuadro de adquisiciones para tanques suavizadores ocupados para la generación de vapor. TANQUES SUAVISADORES
Características Proveedor A Proveedor B Proveedor C
Nombre del proveedor FLECK WATER
SOFTENERS SOFT CLEAR
Precio Unitario con IVA $34,150.00 $39,500.00 $36,150.00
Descuento comercial 0% 0% 0%
Descuento por los 3 tanques 3% 3% 2%
Trasporte Incluido Incluido Incluido
Seguros Incluido Incluido Incluido
Precio Total por los 3 equipos $99,376.50 $114,945.00 $106,281.00
Periodo de Garantía 1 año 2 años 2 años
Plazo de Entrega 5 días 1 semana 4 días
Servicio Técnico Incluido Incluido Incluido
Forma de Pago Pagos Pagos Pagos
Observaciones nuevos nuevos Nuevos
Condiciones de Calidad
Calidad del Producto Buena Regular Buena
El proveedor elegido será FLECK puesto que ofrece un menor precio y vende un producto de
buena calidad.
El cuadro siguiente muestra la comparación del costo del tanque de gas, con tres proveedores:
INGUSA, TATSA y COBOS-CYTSA.
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Tabla 63. Cuadro de adquisiciones para el tanque. TANQUES DE GAS
Características Proveedor A Proveedor B Proveedor C
Nombre del proveedor INGUSA TATSA COBOS-CYTSA
Precio Unitario $9,900.00 $12,000.00 $11,600.00
Descuento comercial 0% 2% 1%
Transporte Incluido Incluido Incluido
Seguros Incluido Incluido Incluido
Precio Total $9,900.00 $11,760.00 $11,484.00
Periodo de Garantía 1 año 2 años 2 años
Plazo de Entrega 5 meses 3 meses 4 meses
Servicio Técnico Incluido Incluido Incluido
Forma de Pago De Contado De Contado De Contado
Observaciones
Condiciones de Calidad
Calidad del Producto Buena Muy buena Buena
El proveedor elegido será INGUSA puesto que ofrece un menor precio y vende un producto de
buena calidad.
El cuadro siguiente muestra la comparación del costo del sistema de almacenamiento de agua, con
tres proveedores: AQUA PURIFICACIÔN SYSTEM, FAM y ROTOPLAST.
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Tabla 64. Cuadro de adquisiciones para el sistema de almacenamiento del agua para la caldera. SISTEMA DE ALMACENAMIENTO DE AGUA (3 TANQUES DE 40m3, 3 BOMBAS DE 2 Hp, TUBERIA
Y VALVULAS)
Características Proveedor A Proveedor B Proveedor C
Nombre del proveedor AQUA PURIFICACIÓN SYSTEM FAM ROTOPLAST
Precio Sistema $56,000.00 $80,000.00 $75,000.00
Descuento comercial 0% 0% 0%
Descuento por todo 0% 0% 0%
Trasporte Incluido Incluido Incluido
Seguros Incluido Incluido Incluido
Precio Total $56,000.00 $80,000.00 $75,000.00
Periodo de Garantía 2 año 2 años 2 años
Plazo de Entrega 1 semana 1 semana 2 semanas
Servicio Técnico Incluido Incluido Incluido
Forma de Pago Pagos Pagos Pagos
Observaciones Empresa Confiable
Condiciones de Calidad
Calidad del Producto Regular Regular Regular
El proveedor elegido será AQUA PURIFICACIÓN SYSTEM puesto que ofrece un menor precio y
vende un producto de buena calidad.
El costo total del sistema de calderas será de: $695,276.50.
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5.4.2.4 CENTRÍFUGAS
En el cuadro siguiente se presenta la comparación con diferentes proveedores para adquirir las
centrífugas separadoras Westfalia SC-150.
Tabla 65. Cuadro de adquisición para centrífugas westfalia SC-150.
CENTRIFUGA SEPARADORA WESTFALIA SC-150
Características Proveedor A Proveedor B Proveedor C
Nombre del proveedor SEPARMEX CENTRIMAX COMTEIFA
Precio Unitario $4,000,000.00 $4,800,000.00 $4,160,000.00
Descuento comercial 0% 0% 0%
Descuento por los 8 equipos 4% 6% 4%
Trasporte Incluido Incluido Incluido
Seguros Incluido Incluido Incluido
Precio Total por los 8 equipos 30720000 36096000 31948800
Periodo de Garantía 1 año 2 años 2 años
Plazo de Entrega 5 meses 3 meses 4 meses
Servicio Técnico Incluido Incluido Incluido
Forma de Pago Pagos Pagos Pagos
Observaciones Con instalación Con instalación Con instalación
Condiciones de Calidad
Calidad del Producto Buena Muy buena Buena
Se escogió al proveedor C que es un poco más caro que lo que ofrece el proveedor A porque
ofrece 2 años de garantía en comparación con el proveedor A que solo ofrece uno.
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5.4.3 PROTOCOLO DE ARRANQUE Y OPERACIÓN DE LOS EQUIPOS DE PROCESO
El protocolo de arranque y operación de los equipos de proceso se presentan en las siguientes
páginas.
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5.4.3.1 BIORREACTORES
PROTOCOLO DE
ARRANQUE Y OPERACIÓN
BIORREACTOR
M-090
M-100
Elaboró: J. Alberto Nakauma González
Revisó: Adrián Cerón Autorizó: Wilfrido Pascual
Fecha: 03 de junio de 2010 Lugar: México, D.F., UPIBI-IPN
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CONTENIDO
INTRODUCCIÓN
ALCANCE
CARACTERÍSTCIAS Y ESPECIFICACIONES
PRECAUCIONES
PROCEDIMIENTO DE OPERACIÓN
ESTERILZIACIÓN
Esterilización del sistema de vapor
Esterilización del fermentador
FERMENTACIÓN EN EL BIORREACTOR
LIMPIEZA
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INTRODUCCIÓN
Un biorreactor, llamado también fermentador, es una unidad tecnológica donde se puede
multiplicar microorganismos en forma anaerobia o aerobia (levaduras, bacterias, hongos, algas,
células animales o vegetales), con el propósito de aumentar la biomasa a fin de producir un
metabolito de interés o de realizar la bioconversión de una molécula de interés.
Un biorreactor es por tanto un dispositivo biotecnológico que debe proveer internamente un
ambiente controlado que garantice y maximice la producción y el crecimiento de un cultivo vivo.
Externamente el biorreactor es la frontera de protege ese cultivo del ambiente externo.
La operación de los biorreactores puede ser en lote, donde se deja la biorreacción hasta que se
acaben el sustrato, en el lote alimentado se deja un tiempo en operación como si fuera en lote y
después se le alimenta sustrato hasta llegar al volumen final y en la operación en continuo
siempre se está alimentando y sacando medio del biorreactor.
Los biorreactores pueden clasificarse dependiendo de de la siguiente manera:
Tanque agitado: Este tipo de biorreactores es muy empleado, en todas las escalas de producción,
en laboratorios de investigación o en la industria de fermentaciones. Consisten de un cuerpo
cilíndrico con tapas elipsoidales, semiesféricas o toriesféricas. Generalmente su relación
altura/diámetro es menor a 3 y más comúnmente menor a 2. Cuentan con un motor al que se
acopla la flecha de transmisión que contiene a su vez los impulsores que agitarán el líquido
Columna: Este tipo de biorreactores carece de sistema de transmisión mecánica para mezclar el
caldo de cultivo. El mezclado se realiza por la inyección de aire en el líquido desde el fondo del
recipiente, al dispersarse el aire en burbujas y al ascender causan la turbulencia del líquido.
Circulación: La denominación de estos tipos de reactores se debe al patrón definido de circulación
del líquido en el reactor. El más conocido es el Airlift que se le agrega un tubo de arrastre
Los biorreactores que se describen en este manual son usados como semilla y para producción.
Ambos son de tanque agitado con tres impulsores con paletas Rushton.
El material del que están hechos los biorreactores M-090 (semilla de 5 m3) y M-100 son (de
producción de 50 m3) es de acero inoxidable 304, debido a que la proteína producida dentro de
ellos es extracelular y se usa este material para evitar que tenga reacción con la proteína y en los
peores casos la desnaturalice.
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ALCANCE
El presente protocolo describe la manera en que se deben operarse, manejarse y limpiarse los
biorreactores M-090 y el M-100, así como también los cuidados que el personal debe tener al
operarlos y las características que éstas tienen.
Las personas para las cuales va dirigido este protocolo son todas aquellas que están en el área
producción, de igual manera sirve este manual como guía para capacitar personal nuevo que vaya
a manejar estos biorreactores.
CARACTERÍSTICAS Y ESPECIFICACIONES
Los biorreactores cuentan con los siguientes elementos principales
1 Mirilla
2 Flecha
3 Tapa superior
4 paleta Rushton
5 Tanque
6 Paleta Rushton
7 Tapa inferior
8 Motor
9 Chaqueta
10 Impulsor
11 Difusor de aire
12 Puertos de entrada
13 Puertos de salida
1 2
3 8
4
5
6
7
9
10
11
12 13
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Los biorreactores tienen las siguientes dimensiones:
Los motores de los biorreactores tienen las siguientes especificaciones
Parámetros M-090 M-100
Vop (m3) 5 50
Volumen total (m3) 6.667 66.667
Diámetro del tanque (m) 1.492 3.215
Altura del tanque (m) 4.062 8.751
Diámetro del impulsor (m) 0.497 1.072
Altura de la tapa (m) 0.373 0.804
Volumen de la tapa (m3) 0.435 4.348
Distancia entre impulsores (m) 0.995 2.141
Altura del primer impulsor (m) 0.373 0.804
Número de impulsores 3 3
Ancho de los bafles (m) 0.149 0.321
Altura de bafles (m) 2.611 5.625
Longitud de paletas (m) 0.124 0.268
Altura del líquido en el cilindro (m) 2.611 5.625
Diámetro externo del tanque (m) 1.56 2.30
Diámetro del tanque con chaqueta (m) 1.80 2.80
MOTOR N-090 MOTOR N-100
USO Proporcionar agitación a
biorreactor M-090
Proporcionar agitación al
Biorreactor M-100
NÚM. CAT. CEM4400T ECP50504L-2340
METERIAL Hierro fundido Acero inoxidable
VELOCIDAD 1780 rpm 1789 rpm
PESO 1,191 lb 5,500 lb
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PRECAUCIONES
¡Importante! Antes de empezar a trabajar, asegúrese de que todas las válvulas
de los sistemas estén cerradas. Verificar también que el nivel del agua de
enfriamiento en el contenedor sea el adecuado, además que los medidores y
controladores del panel de control estén apagados.
¡Importante! Antes de empezar la fermentación asegurarse que no haya
quedado ningún objeto extraño o ajeno al biorreactor dentro.
¡Importante! Conectar a la corriente eléctrica de 3F cada uno de los motores de
los biorreactores.
¡Importante! Verificar que todos los cables no estén pelados, ni enrrollados.
POTENCIA 100 HP 500 HP
VOLTAJE 230/460 230/400
AMPERES 224/112 113/65
FRECUENCIA 60 Hz 60 Hz
CORRIENTE 3 F 3 F
FACTOR DE
SERVICIO
1.15 1.15
EFICIENCIA 95.4 ----
FACTOR DE
POTENCIA
87.4 ----
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¡Importante! Asegúrese de tomar la camisa de las manijas de plástico con
guantes ya que se encuentra muy caliente.
¡Importante! Nunca prender el sistema de agitación si no hay lubricación en el
sello mecánico.
¡Importante! El electrodo de pH siempre debe estar sumergido en agua, por lo
que se deberá mantener el fermentador con agua en su interior hasta una altura
tal que cubra el electrodo.
¡Importante! Asegurarse de que todas las piezas estén bien colocadas y
enroscadas para evitar que salgan por la presión interna del biorreactor.
PROCEDIMIENTO DE OPERACIÓN
Esterilización
Esterilización del sistema de vapor
a) Esperar hasta que la presión de vapor indicada en el manómetro sea por lo menos
2kg/cm2.
b) Purgar la línea de vapor para que salga todo el condensado, hasta que salga solo vapor.
c) Cerrar la válvula
Esterilización del fermentador
a) Vaciar la chaqueta para expulsar toda el agua.
b) Cerrar la válvula de purga
c) Iniciar a inyectar vapor
d) Agregar medio hasta el volumen de operación
e) Encender el sistema de agitación
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f) Ajustar la velocidad de agitación al 25% de su capacidad
g) Esperar a que la temperatura dentro del biorreactor sea de ebullición
h) Después presurizar el sistema
i) Alcanzar la temperatura de esterilización
j) Mantener el periodo de esterilización
k) Detener la entrada de vapor a la chaqueta
l) Inyectar agua de enfriamiento
m) Esperar a que la temperatura este en el valor de 35 °C
n) Ajustar el flujo de agua de enfriamiento para mantener el medio a 35 °C
Fermentación en el biorreactor
a) Una vez estéril el medio del biorreactor se ajusta la velocidad de agitación al valor
adecuado
b) Agregar poco a poco el inóculo
c) Ajustar el sistema de agitación al valor adecuado
d) Una vez terminada la fermentación se para el sistema de lavado
e) Se vacía el biorreactor
f) Se purga para expulsar el caldo agotado remanente
LIMPIEZA
a) Agregar agua destilada hasta el 85% del volumen nominal
b) Encender el sistema de agitación al 20% de su capacidad
c) Dejar 15 min
d) Apagar el sistema de agitación
e) Vaciar el tanque
f) Repetir este procedimiento 1 vez más
g) Purgar
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5.4.3.2 TANQUES DE BALANCE
PROTOCOLO DE
ARRANQUE Y OPERACIÓN
TANQUES DE BALANCE
F-080 F-221 F-110 F-231 F-210 F-241
Elaboró: J. Alberto Nakauma González
Revisó: Okairi Hernández Autorizó: Michel Guzmán
Fecha: 03 de junio de 2010 Lugar: México, DF., UPIBI-IPN
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CONTENIDO
INTRODUCCIÓN
ALCANCE
CARACTERÍSTCIAS Y ESPECIFICACIONES
PRECAUCIONES
PROCEDIMIENTO DE OPERACIÓN
Encendido y carga
Carga y descarga
LIMPIEZA
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE SERVICIOS AUXILIARES 313
INTRODUCCIÓN
Los tanques de almacenamiento se usan como depósitos para contener una reserva suficiente de
algún producto para su uso posterior y/o comercialización. Los tanques de almacenamiento, se
clasifican en:
1.- Cilíndricos Horizontales.
2.- Cilíndricos Verticales de Fondo Plano.
Los Tanques Cilíndricos Horizontales, generalmente son de volúmenes relativamente bajos, debido
a que presentan problemas por fallas de corte y flexión. Por lo general, se usan para almacenar
volúmenes pequeños. Los Tanques Cilíndricos Verticales de Fondo Plano nos permiten almacenar
grandes cantidades volumétricas con un costo bajo. Con la limitante que solo se pueden usar a
presión atmosférica o presiones internas relativamente pequeñas.
En nuestro caso los tanques se diseñaron de acero inoxidable 304 hasta el área de producción
(tanque F-080 y F-110), entrando al área de purificación los tanques se diseñaron de acero
inoxidable 316 (Tanques F-210, F-221, F-231 y F-241).
Los tanques usados en el proceso tienen una capacidad desde 50 m3 hasta el más pequeño que es
de 0.35 m3.
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ALCANCE
El presente protocolo describe la manera en que se deben operarse, manejarse y limpiarse los
tanque F-080, F-110, F-210, F-221, F-231 y F-241, así como también los cuidados que el personal
debe tener al operarlos y las características que éstas tienen.
Las personas para las cuales va dirigido este protocolo son todas aquellas que manejan los taques
de almacenamiento, aunque los tanques están distribuidos en toda la planta y no es específico de
una sola área es necesario que este manual se aplique al área de producción y de purificación.
CARACTERÍSTICAS Y ESPECIFICACIONES
Los tanques cuentan con los siguientes elementos principales
1 Tapa plana superior
2 Motor
3 Flecha
4 Cilindro
5 Propela marina
6 Indicador de nivel
7 Tapa cónica inferior
8 Deflectores
1 2
3
4
5
6
7
8
FarmaBIO | Producción de Albúmina Sérica Humana Recombinante (rHSA)
DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE SERVICIOS AUXILIARES 315
Los tanques tienen las siguientes especificaciones dimensiones:
* Ac = acero, y están en el tipo 304 y 316
Los motores de los tanques tienen las siguientes especificaciones
Parámetros F-080 F-110 F-210 F-221 F-231 F-241
Vop (m3) 25 50 40 0.78 0.5 0.35
Material Ac 304 Ac 304 Ac 316 Ac 316 Ac 316 Ac 316
Volumen total (m3) 31.25 58.824 47.059 0.918 0.588 0.412
Diámetro del tanque (m) 2.367 2.923 2.713 0.730 0.63 0.559
Altura del cilindro (m) 4.652 5.862 5.441 1.465 1.263 1.121
Altura del tanque (m) 5.891 6.836 6.346 1.708 1.473 1.308
Diámetro del impulsor (m) 0.789 0.974 0.904 0.243 0.21 0.186
Altura de la tapa (m) 0.789 0.974 0.904 0.243 0.21 0.186
Volumen de la tapa (m3) 1.157 2.179 1.743 0.034 0.022 0.015
Altura del impulsor (m) 0.789 0.974 0.904 0.243 0.21 0.186
Número de impulsores 1 1 1 1 1 1
Ancho de los bafles (m) 0.237 0.292 0.271 0.073 0.063 0.056
Altura de bafles (m) 3.945 4.871 4.522 1.217 1.049 0.932
Longitud de paletas (m) 0.197 0.244 0.226 0.061 0.052 0.047
Altura del líquido en el
cilindro (m)
3.945 4.871 4.522 1.217 1.049 0.932
Diámetro externo del
tanque (m)
2.45 3.0 2.80 0.878 0.70 0.610
MOTOR
N-080
MOTOR N-
110
MOTOR N-
210
MOTOR N-
221
MOTOR N-
231
MOTOR N-
241
USO Proporcio
nar
agitación
al tanque
Proporcion
ar agitación
al tanque F-
110
Proporcion
ar agitación
al tanque F-
210
Proporcion
ar agitación
al tanque F-
221
Proporcion
ar agitación
al tanque F-
231
Proporcion
ar agitación
al tanque F-
241
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE SERVICIOS AUXILIARES 316
PRECAUCIONES
¡Importante! Antes de empezar a trabajar, asegúrese de que todas las válvulas
de los sistemas estén cerradas. Verificar también los controladores del panel de
control esten apagados.
¡Importante! Antes de empezar el vaciado al tanque asegurarse que no haya
quedado ningún objeto extraño o ajeno dentro.
¡Importante! Conectar a la corriente eléctrica de 3F o 1 F según corresponda de
cada uno de los motores de los tanques.
F-080
NÚM. CAT. P21G7403 VEM3665T VEM3665T VL5004A VL5004A L1203
METERIAL Acero Y
Hierro
fundido
Acero Y
Hierro
fundido
Acero Y
Hierro
fundido
Acero Y
Hierro
fundido
Acero Y
Hierro
fundido
Acero Y
Hierro
fundido
VELOCIDAD 1765 rpm 1750 rpm 1750 rpm 1725 rpm 1725 rpm 1725 rpm
PESO 197 lb 112 lb 112 lb 36 lb 36 lb 19 lb
POTENCIA 10 HP 5 HP 5 HP 0.5 HP 0.5 HP 0.25 HP
VOLTAJE 230/460 208-
230/460
208-
230/460
115/208-
230
115/208-
230
115/230
AMPERES 24.6/12.3 13.8-13/6.5 13.8-13/6.5 7.4/3.9-3.7 7.4/3.9-3.7 4.4/2.2
FRECUENCIA 60 Hz 60 Hz 60 Hz 60 Hz 60 Hz 60 Hz
CORRIENTE 3 F 3 F 3 F 1 F 1 F 1 F
FACTOR DE
SERVICIO
1.15 1.10 1.10 1.00 1.00 1.35
EFICIENCIA 91.7 90.2 90.2 64 64 59.5
FACTOR DE
POTENCIA
82.7 80 80 66 66 63
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE SERVICIOS AUXILIARES 317
¡Importante! Verificar que todos los cables no estén pelados, ni enrrollados.
¡Importante! Nunca prender el sistema de agitación si no hay lubricación en el
sello mecánico.
¡Importante! Asegurarse de que todas las piezas estén bien colocadas y
enroscadas para evitar que salgan por la presión hidrostática del tanque.
PROCEDIMIENTO DE OPERACIÓN
Encendido y Carga
d) Encender la bomba correspondiente de cada uno de los tanques para bombear la
suspensión de proteína
e) Esperar a que el tanque se llene
f) La bomba se apaga al llenarse el tanque
g) Encender el sistema de agitación
Paro y Descarga
a) Al terminar el proceso se para el sistema de agitación
b) Se vacía la solución remanente
LIMPIEZA
h) Agregar agua destilada hasta el 85% del volumen nominal
i) Encender el sistema de agitación al 20% de su capacidad
j) Dejar 15 min
k) Apagar el sistema de agitación
l) Vaciar el tanque
m) Repetir este procedimiento 1 vez más
n) Purgar
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE SERVICIOS AUXILIARES 318
5.4.3.3 MÓDULOS DE ULTRAFILTRACIÓN
PROTOCOLO DE ARRANQUE Y
OPERACIÓN
MÓDULO DE ULTRAFILTRACIÓN
D-212
D-223
D-233
D-243
Elaboró: Michel Guzmán
Revisó: Okairi Hernández Autorizó: José Nakauma
Fecha: 27/jun/2010 Lugar: México, D.F.
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE SERVICIOS AUXILIARES 319
CONTENIDO
INTRODUCCIÓN
ALCANCE
CARACTERÍSTICAS Y ESPECIFICACIONES DEL EQUIPO
ESPECIFICACIONES
CARACTERÍSTICAS Y PATES DEL EQUIPO
PRECAUCIONES
PROCEDIMIENTO DE OPERACIÓN
LIMPIEZA
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE SERVICIOS AUXILIARES 320
INTRODUCCIÓN
La ultrafiltración es un proceso a través de una membrana. Se trata de un proceso impulsado por
la presión en el cual el disolvente y las pequeñas moléculas de soluto -si las hay- pasan a través de
la membrana y se recogen como una solución permeada. Las moléculas de soluto más grandes no
pasan a través de la membrana y se recuperan en una solución concentrada. Los solutos o
moléculas que se van a separar generalmente tienen pesos moleculares que van desde más de
500 hasta 1 000 000 o más, como en las macromoléculas de proteínas, polímeros y almidones, así
como dispersiones coloidales de arcillas, partículas de látex y microorganismos.
Las membranas para la ultrafiltración suelen asimétricas y porosas. La membrana consta una
película densa muy delgada sostenida por una capa relativamente porosa para darle resistencia.
Las membranas se fabrican a partir de poliamidas aromáticas, acetato de celulosa, nitrato de
celulosa, policarbonato, polimidas, polisulfonas, etc.
Tipos de equipo para la ultrafiltración
La unidad de tipo tubular es menos propensa a ensuciarse y se limpia más fácilmente pero
es un tanto costosa.
Las membranas de hojas planas en una unidad de placas y marcos ofrecen la mayor
versatilidad, pero al mayor costo de capital. Las membranas se pueden limpiar o
reemplazar fácilmente desarmando la unidad.
Los módulos enrollados en espiral tienen costos relativamente bajos por unidad de área
de membrana. Estas unidades se ensucian con más facilidad que las tubulares, pero
resisten mejor la suciedad que las unidades de fibras huecas.
Los módulos de fibras huecas son los menos resistentes a la suciedad si se comparan con
los otros tres tipos, pero la configuración de fibras huecas tiene mayor proporción de área
de membrana por volumen unitario.
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ALCANCE
El presente manual de operación compete a todo el personal involucrado en la instalación,
operación y limpieza de los módulos de ultrafiltración D-212, D-223, D-233, D-243 de la planta
farmoquímica FarmaBIO.
CARACTERÍSTICAS Y ESPECIFICACIONES DEL EQUIPO.
a. Especificaciones
FICHA TÉCNICA DE DISEÑO
Equipo: Cartucho de fibras huecas ProCellTM
Modelo: UFP-500-E-152-500K
Código(s): D-212, D-233, D-243
Sistema de control: Presión y temperatura
Área de membrana: 9 m2
Capacidad: + 500 L
NMWC 500000
Diámetro de fibra 1 mm
Número de fibras 5825
Altura 81 cm
Diámetro de luz 16.8 cm
Conexiones al permeado 1.5 in
Conexiones al filtrado 2 in
Flujo de alimentación 280 L/min, 560 L/min
PRESIÓN TRANSMEMBRANAL 3 psig, 9 psig
Material Carcasa de acero inoxidable 316 L.
Membrana dePVDF (Polifluoruro de vinilideno)
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE SERVICIOS AUXILIARES 322
b. Características y partes del equipo
Partes principales de los módulos de ultrafiltración de fibras huecas
FICHA TÉCNICA DE DISEÑO
Equipo: Cartucho de fibras huecas Process Scale Cartridgestm
Modelo: UFP-500-E-75
Código(s): D-223
Sistema de control: Presión y temperatura
Área de membrana: 3.7 m2
Capacidad: + 500 L
NMWC 500000
Diámetro de fibra 1 mm
Número de fibras 1250
Altura 113 cm
Diámetro de luz 7.6 cm
Conexiones al permeado 1.5 in
Conexiones al filtrado 1.5 in
Flujo de alimentación 60 L/min, 120 L/min
PRESIÓN TRANSMEMBRANAL 5.2 psig, 16 psig
Material Carcasa de acero inoxidable 316 L.
Membrana dePVDF (Polifluoruro de vinilideno)
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE SERVICIOS AUXILIARES 323
Los módulos de fibras huecas son resistente a los ácidos minerales acuosos, álcalis y soluciones
salinas. También son resistentes a la mayoría de los alcoholes e hidrocarburos alifáticos, así como,
detergentes y aceites de hidrocarburos. Evitar: disolventes orgánicos polares como las cetonas,
hidrocarburos clorados e hidrocarburos aromáticos.
PRECAUCIONES
Algunas precauciones a tomarse en cuenta durante la instalación y manejo de los equipos son las
siguientes:
Enjuagar los cartuchos de ultrafiltración antes de su uso para eliminar la solución
conservante y limpiar el medidor de flujo.
Esterilizar los cartuchos in situ.
El flujo de agua de puede ser significativamente afectado por la calidad del agua y la
temperatura, así como la humedad y los procedimientos de limpieza.
NO descargar lo cartuchos durante la manipulación, ni exponerlo a golpes de ariete
durante la operación.
NO descargar los cartuchos con los cambios rápidos de temperatura.
NO apretar la abrazadera a los cartuchos con demasiada fuerza.
Aflojar las abrazaderas antes de esterilizar el módulo.
PROCEDIMIENTOS DE OPERACIÓN
Instalación del cartucho y sistema de prueba: En este paso de pre procesamiento, revisar el
sistema y que no haya fugas o daños de la siguiente manera:
1. Revise que el sistema no tenga fugas
2. Compruebe la integridad del cartucho, asegurándose de que esté en buenas condiciones.
Para comprobar el sistema y el cartucho en una medida cualitativa de la integridad, realice la
prueba de presión a que se describe a continuación.
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3. Para un cartucho de ultrafiltración nuevo debe limpiarse con solución de glicerol
conservante y ser mojado por completo.
4. Elimine el exceso de líquidos en la membrana.
5. Cierre todas las válvulas.
6. Mantenga abierto el puerto superior del permeado a la atmosfera.
7. Cierre el puerto del permeado que se encuentra en el extremo.
8. Ajuste la presión de entrada de aire a 0.2 bar ( 3 psig), abra válvula V-1
9. Después del inicio burbujeante, aumente la presión del aire a 0.3 bar (5 psig).
10. Mantener esta presión esta presión por un tiempo de 1 minuto, si se observa un pequeño
burbujeo de aire, la integridad el equipo es adecuada.
Procedimiento para la medición del flujo de agua.
11. Abra completamente la válvula de permeado.
12. Abra ligeramente la válvula de retenido.
13. Inicie la alimentación con la bomba, incrementando el flujo hasta una presión de 0.07 a
0.3 bares (1 a 5 psig).
14. Medir el caudal de permeado en ml / min y calcular el flujo en l/m2/hr
15. Medir la temperatura del agua.
16. Registrar las presiones, caudales, y la temperatura.
17. Normalizar la temperatura de flujo a 25 ° C
Procedimiento de arranque: Para prevenir la deshidratación y el crecimiento de bacterias, los
elementos de la membrana se saturan con un agua/glicerina/solución de bisulfito de sodio
(79:20:1 [wt/wt/wt%]). Esta solución se debe enjuagar antes de su uso, de acuerdo con el
procedimiento de enjuagado siguiente:
1. Conecte agua limpia (calidad de agua potable preferiblemente o mejor) para alimentar.
2. Abra las válvulas de alimentación y de concentrado, y enjuague durante 5 minutos sin flujo
de permeado.
3. Reduzca el flujo alimentación y abra la válvula de permeado. Comience la filtración y
ajuste el flujo de permeado a 50 l/m2h. Deje el sistema filtrar durante 15 minutos.
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE SERVICIOS AUXILIARES 325
4. Realice un lavado durante 30 segundos. Ajuste el flujo de lavado a 50 l/m2h.
5. Comience la filtración, ajuste el flujo de permeado a 80 l/m2h y deje al sistema filtrar
durante 15 minutos.
6. Realice un lavado durante 30 segundos. Ajuste el flujo de lavado a 80 l/m2h.
7. Comience la filtración, ajuste el flujo de permeado a 100 l/m2h. y deje el sistema filtrar
durante 15 minutos.
8. Realice un lavado durante 30 segundos. Ajuste el flujo de lavado a 100 l/m2h. Comience la
filtración y ajuste el flujo de permeado a 100 l/m2h. Deje al sistema filtrar durante 15
minutos.
9. Realice un lavado durante 30 segundos. Ajuste el flujo de lavado a 200 l/m2h. Comience la
filtración, ajuste el flujo de permeado a 100 l/m2h. Deje al sistema filtrar durante 15
minutos.
10. Realice un lavado químico realzado (CEB) con cloro activo100 PPM (NaOCl). - lavado de 30
segundos con un flujo de 200 l/m2h.
11. Lavado de 30 segundos con un flujo de 125 l/m2h más dosis de NaOCl
12. 5 minutos de empapado.
13. Lavado de 30 segundos con un flujo de 200 l/m2h.
14. Comience la filtración, ajuste el flujo de permeado a flujo a diseñar. Deje al sistema filtrar
durante 15 minutos.
15. Realice lavado durante 30 segundos. Ajuste el flujo de lavado a flujo a diseñar.
LIMPIEZA
Proceso de limpieza
1. Instale el cartucho y conecté al sistema.
2. Conecte las líneas del retenido y de filtrado a un tanque de vertidos adecuado.
3. Llene el depósito de alimentación con agua limpia (Agua para inyectables o 10,000 NMWC
UF permeado). Use agua a temperatura ambiente o tibia (hasta 50 ° C) de para el
enjuague. El agua fría debe ser menos eficaz. La adición de 100 ppm NaOCl al agua de
enjuague aumentará la remoción de glicerol.
4. Arranque la bomba y ajuste lentamente la presión transmembranal a 0,3 bares (5 psig).
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE SERVICIOS AUXILIARES 326
5. Para reducir el consumo de agua, ajuste la velocidad de la bomba
y la presión en el retenido, de tal manera que el flujo en esta línea sea 1/10 del flujo de la
línea de filtrado.
6. Siga enjuagando durante 90 minutos, añadiendo más líquido al depósito de alimentación,
según sea necesario.
7. Si se utiliza hipoclorito de sodio, enjuague bien el cartucho antes de la introducción de la
solución de proceso.
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5.4.3.4 COLUMNAS DE INTERCAMBIO IÓNICO
PROTOCOLO DE
ARRANQUE Y OPERACIÓN
COLUMNA DE INTERCAMBIO IÓNICO
H-220
H-230
H-240
Elaboró: Legaria González Ivette Montserrat
Revisó: Pascual Garibay Wilfrido Autorizó: Nakauma González José Alberto
Fecha: 24 de mayo de 2010
Luar
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE SERVICIOS AUXILIARES 328
CONTENIDO
INTRODUCCIÓN
ALCANCE
CARACTERÍSTICAS Y ESPECIFICACIONES
Características
Especificaciones
PRECAUCIONES
Antes de poner en marcha
PROCEDIMIENTO DE OPERACIÓN
Puesta en marcha
Paro del equipo
LIMPIEZA
Eliminación de proteínas precipitadas
Eliminación de lípidos, proteínas de envolvente hidrofóbica o lipoproteícas
CONDICIONES DE ALMACENAMIENTO
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE SERVICIOS AUXILIARES 329
INTRODUCCIÓN
La cromatografía de intercambio iónico (o cromatografía iónica) es un proceso que permite la
separación de iones y moléculas polares basado en las propiedades de carga de las moléculas.
Puede ser usada en casi cualquier tipo de molécula cargada, incluyendo grandes proteínas,
pequeños nucleótidos y aminoácidos. La solución que debe inyectarse es usualmente llamada
"muestra" y los componentes separados individualmente son llamados analitos. Es usada a
menudo en purificación de proteínas, análisis de agua u control de calidad.
Las proteínas tienen numerosos grupos funcionales que tienen cargas positivas y negativas. La
cromatografía de intercambio iónico separa las proteínas de acuerdo a su carga neta, la cual
depende la composición de la fase móvil. Ajustando el pH o la concentración de iones de la fase
móvil, varias moléculas de proteína pueden ser separadas. Por ejemplo, si la proteína tiene una
carga positiva con un pH de 7, entonces puede unirse a una columna cargada negativamente,
mientras que una proteína con carga negativa no lo podría hacer. También podría eliminarse
cambiando el pH para que la carga neta de la proteína sea negativa.
La elución por el cambio de la fuerza iónica en la fase móvil tiene un efecto más sutil, trabaja como
iones de la fase móvil interactuando con los iones inmovilizados en preferencia sobre estos en la
fase estacionaria. Estos "escudos" de la fase estacionaria de la proteína, (y viceversa), y permite a
la proteína eluirse.
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ALCANCE
El presente manual de operación aplica para la instalación, operación y limpieza de las columnas
de intercambio iónico H-220, H-230 y H-240 de la marca Cole-Palmer® instaladas en la planta
farmoquímica “FarmaBIO”.
CARACTERÍSTICAS Y ESPECIFICACIONES
Características
Partes fundamentales de la columna de intercambio iónico COLE-PALMER(R).
1. Salida de agua.- Tubería que transporta el agua de salida de la columna.
2. Entrada de agua.- Tubería que transporta el agua de entrada a la columna.
3. Medidor.- Medidor de flujo de entrada de la línea que transporta el agua a la columna.
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE SERVICIOS AUXILIARES 331
4. Control de lavado.- Control tipo válvula que permite aumentar o disminuir el flujo de
lavado.
5. Mirilla de vidrio.- Instrumento de vidrio que permite observar el interior de la columna.
6. Salida de lavado.- Tubería que lleva los desechos producidos en el lavado de la
columna.
7. Boquillas de filtro.- Estructuras que permiten colocar el filtro al final de la columna
para impedir el paso de la resina en el flujo de salida.
8. Colector inferior.- Recipiente plano que sostiene la boquilla del filtro.
9. Cuarzo graduado.- Recubrimiento de la capa exterior de la columna antes de colocar la
resina.
10. Regenerante.- Tubería de entrada del regenerante a la columna.
11. Resina.- Resina que permite el intercambio iónico dentro de la columna.
12. Boquillas.- Estructura que permite la distribución del flujo de entrada a la columna.
13. Colector superior.- Estructura plana que sostiene la boquilla de distribución del flujo.
Especificaciones
Ficha Técnica de Diseño
Equipo: COLUMNA DE INTERCAMBIO
IÓNICO COLE-PALMER®
Modelo: L120C
Código: H-240
Material de Elaboración: Acero inoxidable
Producto a trabajar: HSAr concentrada
Tipo de conexiones: Bridas
Medidores de: Presión y temperatura
Trabajo: Continuo
Funcionamiento: Automático
Especificación Valor Unidades
Altura total 1.50 m
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PRECAUCIONES
Antes de poner en marcha:
Comprobar que el equipo se encuentre limpio, de lo contrario proceder a la limpieza del
mismo.
Comprobar que el equipo se encuentre conectado a la energía eléctrica (220 v).
Verificar la correcta conexión del sistema de tuberías, y asegurar que no existan fugas en
el equipo.
Verificar que la columna se encuentre empacada con la resina correspondiente,
comprobando este dato en la bitácora de uso correspondiente al equipo.
Si no hay resina dentro de la columna, proceder a empacar la columna con la resina
correspondiente al proceso de separación.
Conectar la bomba de desplazamiento positivo con su respectivo controlador de velocidad
y conectarlo a la corriente eléctrica.
Verificar que los tanques de las soluciones amortiguadoras se encuentren llenas con la
solución correspondiente.
Ancho total 0.45 m
Tiempo de proceso 3 h
Volumen de operación 1.53 m3
Presión máxima de trabajo 7 bar
Eficiencia 80 %
Voltaje 220 volts
Peso 1100 kg
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PROCEDIMIENTO DE OPERACIÓN
Puesta en marcha:
Encender el equipo.
Establecer el flujo mínimo de alimentación al cual se pueda trabajar manteniendo una
presión dentro de la columna menor a 2 bares.
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5.4.3.5 INTERCAMBIADORES DE CALOR
PROTOCOLO DE
ARRANQUE Y OPERACIÓN
INTERCAMBIADOR DE CALOR
F-082/083/084
Elaboró: R. Axayácatl González G.
Revisó: Okairi Hernández Autorizó: Alberto nakauma
Fecha: 23 de Mayo de 2010
Lugar: México D. F.
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CONTENIDO
INTRODUCCION
ALCANCE
CARACTERISTICAS Y ESPECIFICACIONES DEL EQUIPO
PRECAUCIONES
PROCEDIMIENTO DE OPERACIÓN
Conexión a la red
Encendido del equipo, arranque y paro
LIMPIEZA
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE SERVICIOS AUXILIARES 336
INTRODUCCIÓN
Los intercambiadores de calor transfieren energía térmica a partir de un líquido (o de gas) a otro
líquido (o a gas) sin mezclar los dos. Los radiadores automotores son un ejemplo común. El calor
del agua caliente del motor se bombea a través del radiador, mientras que el aire está soplando a
través de las aletas del radiador. La energía térmica del agua caliente del motor se transfiere al
aire, así guardando el agua en la temperatura correcta, para evitar que el motor se recaliente.
Esencialmente los radiadores automotores son intercambiadores de calor del tipo líquido-aire.
Otros tipos de intercambiadores de calor son comunes en instalaciones industriales y se usan a
diario tal como calderas, hornos, refrigeradores y sistemas de aire acondicionado. De hecho, cada
sistema de refrigeración tiene por lo menos dos intercambiadores de calor uno para el lado que se
enfría, y uno para expeler el calor extraído. Hay dos tipos principales de intercambiadores de calor,
definidos por su tipo de construcción o de cuerpo: el primero es el intercambiador de calor de
casco y tubo, el segundo es conocido como intercambiador de calor de placas.
Hay varios tipos de intercambiadores de calor de placa que incluyen: con empaques o se sellos,
soldados y semisoldados.
Los intercambiadores de calor de placa son de uso frecuente en fluidos de baja viscosidad con
demandas moderadas de temperaturas y presión, típicamente por debajo de los 150°C. El material
de los sellos se elige preferentemente para soportar la temperatura de operación y conforme a las
características del líquido de proceso.
Los intercambiadores de calor de placas y marco consisten en una serie de placas acanaladas que
se montan en un marco y se afianzan con abrazaderas. Cada placa se hace de una material
prensable (acero inoxidable, níquel, titanio, etc.) y se forma con una serie de corrugaciones. El
paquete también incluye una junta o sello. La junta o sello contiene la presión y controla el flujo.
Las placas son ensambladas en paquetes montados sobre unos rieles guías que se encuentran
tanto en la parte inferior como superior y se mantienen unidas a presión por medio de tornillos de
compresión.
El arreglo de la junta de cada placa distribuye el medio caliente y frío en canales de flujo
alternados a través del paquete de placas.
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ALCANCE
La información proporcionada en el presente documento tiene como fin el correcto uso del equipo
de intercambiadores de calor de placas, con objeto de asegurar su máxima eficiencia. Por tanto,
todo el personal que entre en contacto con el dentro de proceso debe estar informado sobre su
manejo y precauciones que deben seguirse durante su operación. Tanto técnicos como
operadores en turno encargados de la esterilización del medio durante la etapa de alimentación
de los cultivos deben seguir las instrucciones y recomendaciones señaladas.
CARACTERÍSTICAS Y ESPECIFICACIONES DEL EQUIPO
DIMENSION VALOR UNIDAD
A 837 mm
B 310 mm
C 590 mm
D 135 mm
E 132 mm
L2 250-1000 mm
Conexión 2 in
NOMBRE DEL EQUIPO: INTERCAMBIADOR DE
CALOR F-084
CARACTERISTICA
MATERIAL ACERO
INOXIDABLE
CEDULA
316
FLUJO MAXIMO 5m3
MARCA POLARIS
TEMPERATURA -20°C A 180°C
PRESION 0.25 BAR
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PRECAUCIONES
Puesto que la transferencia de calor se da por el contacto entre las placas y los fluidos, debe
procurarse el manejo de las placas utilizando guantes, a fin de evitar que sustancias entren en
contacto con las placas y aumenten la resistencia térmica del material.
Previo al uso del equipo, se recomienda realizar una prueba neumática para verificar que no
existan fugas o se haya omitido alguna conexión.
Durante la operación del equipo, dependiendo de las temperaturas que se manejen, deberá
usarse equipo protector al manipular los accesorios manuales de quipo, como son válvulas
principalmente. En caso de que las tuberías que transporten el fluido caliente no estén aisladas, se
deberá indicar por medio de colores las condiciones del fluido. Puesto que el equipo está diseñado
de acuerdo a las condiciones de operación señaladas y dentro de los intervalos máximos y
mínimos indicados en las especificaciones, se recomienda que el usuario no sobrepase dichos
límites, ya que la transferencia de calor se verá afectada y deberá recalcularse el proceso.
PROCEDIMIENTOS DE OPERACIÓN
Conexión a la red
El equipo no requiere suministro eléctrico salvo que se haya adquirido con un controlador, en cuyo
caso deberá de consultarse dicho manual.
Encendido del equipo, arranque y paro
El equipo inicia operación al momento que se hace fluir por las líneas de fluido caliente y fluido
frio. Primero deberá suministrarse el fluido frio, y una vez que se halla inundado el quipo, debe ser
suministrado el fluido caliente. Mediante los indicadores de calor conectados a las salidas de
ambos fluidos y las válvulas de control, verificar que las temperaturas sean las calculadas por el
proceso. En su defecto, regular los flujos de ambos fluidos. Deberá mantenerse un constante
control sobre estos parámetros durante la operación.
Una vez concluida la operación, deberán lavarse las líneas de fluido frio, pues en estas es donde se
forma una mayor película que reduce la eficiencia del proceso. Dependiendo del fluido que fue
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DISEÑO DE PLANTAS | INGENIERÍA BÁSICA DE SERVICIOS AUXILIARES 339
sometido a proceso, el equipo deberá lavarse con agua o con soluciones básicas de NaOH hasta 1N,
posteriores a las que deberá lavarse de nuevo con agua. Finalmente, se debe inyectar aire
comprimido seco a ambas líneas para eliminar el agua acumulada tanto en las líneas de fluido
caliente y fluido frio.
Según sea el caso, deberá desmontar las placas para su lavado y eliminación de fouling.
LIMPIEZA
La limpieza del equipo se realizará al menos cada 4 meses, desmontando las placas y lavándolas
con detergentes desincrustantes y soluciones básicas. Las tuberías pueden ser limpiadas in situ
mediante el equipo correspondiente utilizando las mismas soluciones desincrustantes y básicas.
Las placas deberán estar secas antes de montarse nuevamente en el soporte.
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DISEÑO DE PLANTAS | 340
5.4.3.6 CENTRÍFUGAS
MANUAL DE OPERACIÓN PARA LA CENTRIFUGA WESTFALIA SC-150
Requisitos:
Herramientas para ensamblar la centrifuga.
La primera instalación de la centrifuga debe de ser supervisada por un técnico del
proveedor, así como el primer lote para evitar la mala operación de la centrifuga.
El jefe de departamento debe de capacitar al personal junto con el técnico proveedor en el
uso de la centrifuga con el presente manual.
Desarrollo del procedimiento de ensamble
Una vez desempacada la centrifuga se deben de identificar las piezas que la componen de acuerdo
con la figura siguiente:
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DISEÑO DE PLANTAS | 341
Fijar la base de la centrifuga a una base estable y atornillar.
Ensamblar la parte interna de la canasta de acuerdo al siguiente esquema:
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DISEÑO DE PLANTAS | 342
Una vez ensamblada la centrifuga, se hace el ensamble a las líneas de producción, (las líneas
deben de contener agua para acondicionar la centrifuga, se enciende desde el panel de control de
acuerdo a lo siguiente:
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DISEÑO DE PLANTAS | 343
j
El panel de control es táctil, en la primera interfase aparece el dibujo de la centrifuga y dos
botones, presionando solo el motor de la centrifuga la centrifuga empieza a funcionar, en este
caso solo se va lavar y a acondicionar como primer paso.
Los otros tres botones a continuación se describen su función:
Este botón es de configuración del sistema a manejar, como es el flujo tiempo de
llenado de canasta, así como temperatura a manejar como máxima.
Al apretar este botón aparecerá la siguiente interfase:
I 0 →
I
Flujo L/min. Tiempo de descarga min. T °C
Regreso
0000 0000
0
00
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DISEÑO DE PLANTAS | 344
Este botón es para paro de emergencia.
Es botón sirve para el inicio del proceso de acuerdo a las condiciones preestablecidas.
Pasos para la operación de la centrifuga:
1. Verificar el ensamble de la centrifuga
2. Verificar que las líneas de carga y descarga, así como la salida de desechos estén
correctamente conectadas.
3. Comenzar encendiendo el panel y verificar la función de la centrifuga encendiéndola
desde panel.
4. La centrifuga se deja en funcionamiento con agua 15 min.
5. Comenzar el proceso descargando el caldo de fermentación a un flujo de 785 L/hrs, por
cada centrifuga es el flujo ideal. El máximo por centrifuga no debe de exceder 1.25 m3/hrs.
6. En caso de existir cualquier duda consultar al proveedor.
0
→
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DISEÑO DE PLANTAS | ESTUDIO DE PREFACTIBILIDAD ECONÓMICA 345
6 ESTUDIO DE PREFACTIBILIDAD ECONÓMICA
6.1 MONTO DE LA INVERSIÓN DEL BIOPROCESO
6.1.1 COSTO DEL EQUIPO DEL PROCESO
Los costos del equipo se obtuvieron en la página web de Matches' Home Page (Tabla66).
Tabla 66. Costo de equipo de proceso.
Equipos Costo dls Costo pesos
Tanque de medio de cultivo YPS $ 439,800.00 $ 5,589,858.00
Bomba centrífuga 15,800.00 101,680.00
Tanque semilla 439,800.00 5,589,858.00
Bomba centrífuga 15,800.00 101,680.00
Tanque de medio INVITROGEN 1,802,900.00 22,914,859.00
Bomba centrífuga 15,800.00 101,680.00
Tanque de producción 1,801,900.00 22,902,149.00
Bomba centrífuga 15,800.00 101,680.00
Filtro prensa 185,700.00 2,360,247.00
Tanque de almacenamiento 1,166,400.00 3,525,754.00
Bomba centrífuga 15,800.00 101,680.00
Bomba centrífuga 15,800.00 101,680.00
Tanque de almacenamiento 110,900.00 1,409,539.00
Bomba centrífuga 15,800.00 101,680.00
Bomba centrífuga 15,800.00 101,680.00
Tanque de almacenamiento 277,400.00 3,525,754.00
Bomba centrífuga 15,800.00 101,680.00
Bomba centrífuga 15,800.00 101,680.00
Tanque de recuperación 277,400.00 3,525,754.00
Total Costo equipos $ 4,398,000.00 $ 55,898,580.00
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6.1.2 ESTIMACIÓN DE LA INVERSIÓN FIJA POR EL MÉTODO DE FACTORES DESGLOSADOS
Este método se basa en el costo total de los equipos del proceso, el cual se multiplicó por una
serie de factores para estimar cada uno de los rubros que forman la inversión fija; el costo total
corresponderá al 100% o bien a 1, y para los demás rubros, este costo se multiplicó por el factor
correspondiente a cada rubro, es decir, si el equipo local corresponde al 0.05, su costo estimado
será:
𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜 𝐸𝑞𝑢𝑖𝑝𝑜 𝑙𝑜𝑐𝑎𝑙 = 0.05 ∗ $89,779,496.00
𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜 𝐸𝑞𝑢𝑖𝑝𝑜 𝑙𝑜𝑐𝑎𝑙 = $4,488,974.80
Así se realizó el mismo procedimiento para los rubros restantes. Los costos obtenidos se
presentan en la Tabla 67.
Para el caso del terreno y edificios se cotizaron precios de constructoras para un área de 3050m2 y
una construcción total de 6100m2, resultando un valor muy aproximado al obtenido con el método
de factores desglosados.
Tabla 67. Inversión fija
Conceptos Sólidos y líquidos Costo
1. Costo Total de equipo de proceso 1.00 $ 55,898,580.00
2. Transportes, seguros, impuestos y derechos aduanales
a) Equipo local 0.05 2,794,492.90
b) Equipo extranjero 0.30 0.00
3. Gastos de instalación 0.30 16,769,574.00
4. Tuberías 0.30 16,769,574.00
5. Instrumentación 0.15 8,384,787.00
6. Aislamiento 0.05 2,794,929.00
7. Instalaciones eléctricas 0.15 8,384,787.00
8. Edificios 0.30 16,769,574.00
9. Terreno 0.10 5,589,858.00
10. Servicios auxiliares 0.30 150,000.00
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Costos físicos de la planta 3.00 145,967,658.00
11. Ingeniería, Supervisión y construcción 0.65 36,334,077.00
12. Imprevistos 0.60 33,539,148.00
Inversión Fija 4.25 $ 215,840,883.00
6.2 COSTOS DE OPERACIÓN
6.2.1 CUADRO DEL PROGRAMA DE OPERACIÓN
La producción anual de la planta será de 500 kg/año, se planea comenzar a operar con el 85% de la
capacidad máxima, aumentando esta progresivamente hasta el 100%.
Producción (ton/año) 0.500
Aprovechamiento de la capacidad de la planta año 1 (%) 0.850
Aprovechamiento de la capacidad de la planta año 2 (%) 0.900
Aprovechamiento de la capacidad de la planta año 3 (%) 0.950
Aprovechamiento de la capacidad de la planta año 4 (%) 1.000
Aprovechamiento de la capacidad de la planta año 5 (%) 1.000
Tabla 68. Programa de operación (ton/año)
Porcentaje de operación 0 70 80 90 100 100
Producto 1 (ton/año) 0 0.43 0.45 0.48 0.50 0.50
6.2.2 CUADRO DE LOS COSTOS TOTALES DE OPERACIÓN
6.2.2.1 COSTO DIRECTOS
Materias primas:
Tabla 69. Costos de materia prima.
Materia prima
Descripción Concentración Cantidad
total por lote
Cantidad
total al año
Precio
unitario Precio total
KH2PO4 Fosfato 13.2 660 68.75 $ 96.00 $ 6,600.00
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monopotásico
K2HPO4 13.2 660 68.75 $ 102.00 $ 7,012.50
CaSO4 Sulfato de
Calcio 0.93 46.5
4.84 $ 123.00 $ 595.78
MgSO4*7H20
Sulfato de
Magnesio
4.7 235
24.48
$ 106.00 $ 2,594.79
K2SO4 18.2 910 94.79 $ 143.26 $ 13,579.85
KOH 4.13 206.5 21.51 $ 127.10 $ 2,733.97
H3PO4 (85%) 26.7 1335 139.06 $ 220.00 $ 30,593.75
NH4OH (30%) 20 1000 104.17 $ 196.00 $ 20,416.67
Glicerol 30 1500 156.25 $ 15.00 $ 2,343.75
Biotina 500 x 1 50 5.21 $ 148.30 $ 772.40
Solución sales traza (X1000)
CuSO4*5H2O
sulfato de cobre
pentahidratado
0.006 0.3 0.03 $ 485.50 $ 15.17
NaCI 0.00008 0.004 0.00 $ 230.00 $ 0.10
MnSO4*4H2O 0.003 0.15 0.02 $ 434.00 $ 6.78
Na2MoO4*2H2O 0.0002 0.01 0.00 $ 267.00 $ 0.28
H3BO3 0.00002 0.001 0.00 $ 623.00 $ 0.06
FeSO4*7H2O 0.065 3.25 0.34 $ 256.00 $ 86.67
CoCl2 0.0005 0.025 0.00 $ 445.00 $ 1.16
ZnCl2 0.02 1 0.10 $ 378.00 $ 39.38
Vitamina biotina 0.2 10 1.04 $ 312.50 $ 325.52
Zeocina 1 50 5.21 $ 264.00 $ 1,375.00
Total por lote $ 89,093.58
Costo total de materias primas (ton/año) $ 89,093,576.88
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DISEÑO DE PLANTAS | ESTUDIO DE PREFACTIBILIDAD ECONÓMICA 349
Mano de obra de operación:
Tabla 70. Mano de obra de operación.
Cantidad Personal Sueldo mensual Sueldo mensual total Sueldo anual
total
28 Obreros $ 5,000.00 $ 140,000.00 $ 1,680,000.00
8 Técnicos $ 7,000.00 $ 56,000.00 $ 672,000.00
8 Ingenieros $ 10,000.00 $ 80,000.00 $ 960,000.00
20 Obreros de fin
de semana $ 2,500.00 $ 50,000.00 $ 600,000.00
Total $ 326,000.00 $ 3,912,000.00
Personal de supervisión:
Dentro de este rubro se considera al personal que no está involucrado directamente con el
proceso de fabricación como lo son supervisores de líneas, jefes de líneas, jefes de planta, obreros
auxiliares entre otros. El cálculo se realiza mediante el 20 % de mano de obra directa.
Servicios auxiliares:
Energía eléctrica
El costo de kw/h en la zona centro del país para una instalación industrial es de $ 0.84.
Tabla 71. Gasto de energía eléctrica en la planta. Cantidad Concepto Potencia
(HP)
Uso
diario (h)
(kw/h) kw
totales
Costo
(kw/h)
Consumo
anual
1 Bomba para
enfriamiento (M-090)
1.5 12 1.119 13.428 $ 1.44 4028.4
1 Bomba para
enfriamiento (M-100)
7.5 12 5.595 67.14 $ 7.21 20142
1 Bomba para descarga
(L-101)
2 1 1.492 1.492 $ 1.92 447.6
1 Motor biorreactor
(M-100)
500 24 373 8952 $ 480.42 2685600
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1 Motor biorreactor
(M-090)
100 24 74.6 1790.4 $ 96.08 537120
1 Motor tanque (F-080) 10 18 7.46 134.28 $ 9.61 40284
1 Motor tanque (F-110) 5 18 3.73 67.14 $ 4.80 20142
1 Motor tanque (F-210) 5 18 3.73 67.14 $ 4.80 20142
1 Motor tanque (F-221) 0.5 18 0.373 6.714 $ 0.48 2014.2
1 Motor tanque (F-231) 0.5 18 0.373 6.714 $ 0.48 2014.2
1 Motor tanque (F-241) 0.25 18 0.1865 3.357 $ 0.24 1007.1
1 Bomba OI 10 12 7.46 89.52 $ 9.61 26856
8 Centrifugas 10 5 59.68 298.4 $ 76.87 89520
1 Bomba UF 2.5 2 1.865 3.73 $ 2.40 1119
1 Bomba UF 1 0.5 2 0.373 0.746 $ 0.48 223.8
1 Bomba UF 2 0.5 2 0.373 0.746 $ 0.48 223.8
1 Bomba UF 3 0.5 2 0.373 0.746 $ 0.48 223.8
6 Bomba columnas 0.25 2 1.119 2.238 $ 1.44 671.4
1 Compresor 2 24 1.492 35.808 $ 1.92 10742.4
1 Bomba caldera 13 24 9.698 232.752 $ 12.49 69825.6
554.0915 11774.491 $ 3532347.3
Total $ 2,967,171.73
Combustible
El consumo de gas es de $ 1,000,000.00
Agua
El metro cúbico de agua en Toluca, Estado de México se encuentra en $ 1.56.
Tabla 72. Costo de agua en la planta.
Consumo (m3/día) Consumo (m3/año) Costo por m3 Costo por año
Agua
municipal 71.43 21428.57 1.56$ 33,428.57$
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Dentro de los costos de operación considerados en este proyecto se encuentran los siguientes,
con el respectivo valor de cada uno de ellos:
Tabla 73. Costos directos de operación.
Materia prima e insumos $ 89,093,576.88
Mano de obra de operación $ 3,912,000.00
Personal de supervisión $ 782,400.00 20% costo de mano de obra directa
Servicios auxiliares $ 4,000,600.30
Mantenimiento y reparación $ 2,362,986.40 1% de inversión fija
Suministro de operación $ 354,447.96 10% del mantenimiento
Regalías $ 2,051,143.09 2% de costo total de operación
Total de costos directos de
operación
$ 102,557,154.64
6.2.2.2 COSTO INDIRECTOS
Para el cálculo de los costos indirectos, se tomo en cuenta lo siguiente:
Tabla 74. Costos indirectos de operación.
Cargos fijos de inversión
Depreciaciones y amortizaciones 4,192.40 5% equipo y 20% transporte y 5% obra
civil
Seguros 2,158.41 1% inversión fija
Total de cargos fijos de inversión 6,350.80
Cargos fijos de operación
Tarimas 10,000.00 50 tarimas con un costo de $200.00 cada
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una
Material de limpieza 1,181,493.20 0.5 % de inversión fija
Mano de obra indirecta 1,304,000.00 1/3 de la mano de obra directa
Total cargos fijos de operación 2,495,493.20
Total de costos indirectos $ 12,336,284.68
6.2.2.3 GASTOS GENERALES: MÉTODO DE AMORTIZACIÓN DEL CRÉDITO
Dentro de los costos generales tenemos:
Costos generales
Gastos administrativos 7.5% de las ventas de cada año
Gastos financieros Pago de intereses del financiamiento
De manera específica para cada año de operación, los costos de operación se desglosan de la
siguiente manera:
Tabla 75. Costos totales de operación
Años 0 1 2 3 4 5
Materia prima 0 $37,864,770.17 $40,092,109.59 $42,319,449.02 $44,546,788.44 $44,546,788.44
Mano de obra de
operación 0 $ 1,662,600.00 $1,760,400.00 $1,858,200.00 $1,956,000.00 $1,956,000.00
Personal de
supervisión 0 $ 332,520.00 $352,080.00 $ 371,640.00 $ 391,200.00 $391,200.00
Servicios
auxiliares 0 $1,700,255.13 $ 1,800,270.14 $1,900,285.14 $ 2,000,300.15 $2,000,300.15
Mantenimiento y
reparación 0 $2,362,986.40 $ 2,362,986.40 $2,362,986.40 $ 2,362,986.40 $2,362,986.40
Suministros de
operación 0 $354,447.96 $ 354,447.96 $354,447.96 $ 354,447.96 $354,447.96
Regalías 0 $2,051,143.09 $2,051,143.09 $2,051,143.09 $2,051,143.09 $ 2,051,143.09
COSTOS
DIRECTOS 0 $46,328,722.76 $48,773,437.19 $51,218,151.62 $53,662,866.05 $53,662,866.05
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DISEÑO DE PLANTAS | ESTUDIO DE PREFACTIBILIDAD ECONÓMICA 353
Tarimas 0 $10,000.00 $ 10,000.00 $10,000.00 $10,000.00 $10,000.00
Material de
limpieza 0 $1,181,493.20 $1,181,493.20 $1,181,493.20 $1,181,493.20 $1,181,493.20
Seguros 0 $2,362,986.40 $2,362,986.40 $2,362,986.40 $2,362,986.40 $2,362,986.40
Mano de obra
indirecta 0 $ 1,304,000.00 $ 1,304,000.00 $ 1,304,000.00 $ 1,304,000.00 $ 1,304,000.00
Depreciación/
amortización 0 $7,477,805.08 $7,477,805.08 $7,477,805.08 $7,477,805.08 $7,477,805.08
COSTOS
INDIRECTOS 0 $12,336,284.68 $12,336,284.68 $12,336,284.68 $12,336,284.68 $12,336,284.68
Gastos
administrativos 0 $7,045,595.34 $7,460,042.12 $ 7,874,488.91 $8,288,935.69 $8,288,935.69
Gastos
financieros $43,006,352.55 $43,006,352.55 $34,405,082.04 $25,803,811.53 $17,202,541.02 $8,601,270.51
GASTOS
GENERALES $43,006,352.55 $50,051,947.89 $41,865,124.16 $33,678,300.44 $25,491,476.71 $16,890,206.20
COSTOS TOTALES $43,006,352.55 $108,716,955.3 $102,974,846.0 $97,232,736.73 $91,490,627.44 $82,889,356.93
6.2.2.4 VOLUMEN MÍNIMO ECONÓMICO DE OPERACIÓN
Se calcula mediante la siguiente fórmula:
𝑽𝒎 =𝑪𝒇 ∗ 𝑽
𝑰 − 𝑪𝑽
Tabla 76. Volumen mínimo económico de operación
Costos y gastos fijos Cf $ 17,104,862.14
Costos y gastos variables Cfv $ 65,784,494.79
Ingresos por ventas I $ 165,778,713.86
Volumen de operación al 100% de CI (ton/año) 0.50
Volumen mínimo económico de operación VM (ton/año) 0.09
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6.3 RENTABILIDAD DEL PROCESO
Se pretende un financiamiento del 70% de inicio con un interés del 26% anual, obteniendo el
siguiente cuadro de amortización del crédito:
Tabla 77. Amortización del crédito. Método de pagos iguales de capital
Período Monto Intereses Pago de crédito Pago total Saldo
0 $ 165,409,048.26 $ 43,006,352.55 $ - $ 43,006,352.55 $ 165,409,048.3
1 $ 165,409,048.26 $ 43,006,352.55 $ 33,081,809.65 $ 76,088,162.20 $ 132,327,238.6
2 $ 132,327,238.61 $ 34,405,082.04 $ 33,081,809.65 $ 67,486,891.69 $ 99,245,428.9
3 $ 99,245,428.96 $ 25,803,811.53 $ 33,081,809.65 $ 58,885,621.18 $ 66,163,619.3
4 $ 66,163,619.30 $ 17,202,541.02 $ 33,081,809.65 $ 50,284,350.67 $ 33,081,809.6
5 $ 33,081,809.65 $ 8,601,270.51 $ 33,081,809.65 $ 41,683,080.16 $ -
6.3.1 CUADRO DE INGRESOS POR VENTAS
Los ingresos por ventas se obtienen de la multiplicación de la producción anual y el precio unitario
del producto que es de $331,557.27 por kilogramo, cantidad unitaria por cada producto.
Tabla 78. Ingresos por ventas
Años 0 1 2 3 4 5
Ingresos 0 $140,911,906.78 $149,200,842.47 $157,489,778.17 $165,778,713.86 $165,778,713.86
6.3.2 CUADRO DE ESTADO DE RESULTADOS
Los ingresos se calculan sólo tomando en cuenta las ventas anuales de la empresa, para el caso de
los egresos se toma en cuenta los costos directos e indirectos de operación, así como los gastos
generales.
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El Impuesto Sobre la Renta (I.S.R.) es del 28% y aplica sobre la utilidad de operación cuando la
utilidad acumulada es positiva, por otro lado el Reparto de Utilidades a los Trabajadores (R.U.T.) es
del 10% y aplica sobre la utilidad de operación cuando esta es positiva.
Tabla 79. Estado de resultados "PROFORMA"
Años 0 1 2 3 4 5
Ingresos 0.000 $140,911,906.78 $149,200,842.47 $157,489,778.17 $165,778,713.86 $165,778,713.86
Egresos $43,006,352.55 $108,716,955.32 $102,974,846.03 $97,232,736.73 $91,490,627.44 $82,889,356.93
Costos
directos 0.000 $ 46,328,722.76 $48,773,437.19 $51,218,151.62 $53,662,866.05 $53,662,866.05
Costos
indirectos 0.000 $12,336,284.68 $12,336,284.68 $12,336,284.68 $12,336,284.68 $12,336,284.68
Gastos
generales $43,006,352.55 $50,051,947.89 $41,865,124.16 $33,678,300.44 $25,491,476.71 $16,890,206.20
Utilidad de
operación -$43,006,352.55 $ 32,194,951.45 $46,225,996.44 $ 60,257,041.43 $74,288,086.42 $ 82,889,356.93
Utilidad
acumulada -$43,006,352.55 -$10,811,401.09 $35,414,595.35 $ 95,671,636.78 $169,959,723.20 $252,849,080.13
I.S.R. (28%) 0.000 $ 0.00 $19,414,918.51 $ 25,307,957.40 $ 31,200,996.30 $34,813,529.91
R.U.T. (10%) 0.000 $ 3,219,495.15 $ 4,622,599.64 $ 6,025,704.14 $ 7,428,808.64 $8,288,935.69
Utilidad neta -$43,006,352.55 $28,975,456.31 $22,188,478.29 $28,923,379.89 $35,658,281.48 $39,786,891.33
6.3.3 CUADRO DE CAPITAL DE TRABAJO
El cálculo del capital de trabajo se realiza con los siguientes parámetros:
CAPITAL DE TRABAJO
Activo circulante
Inventario de materia prima Consumo de materia prima y tarimas de un mes
Inventario de producto terminado Un mes de los costos de producción por año
Cajas y bancos Un mes de los costos de producción por año
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Cuentas por cobrar 15 días del valor de las ventas por año
Pasivo circulante
Cuentas por pagar 15 días del costo de materia prima por año
Tabla 80. Capital de trabajo
Años 0 1 2 3 4 5
Inventario materia
prima 0 $3,155,397.51 $3,341,009.13 $3,526,620.75 $ 3,712,232.37 $3,712,232.37
Inventario producto 0 $3,860,726.90 $4,064,453.10 $4,268,179.30 $4,471,905.50 $4,471,905.50
Cajas y banco 0 $3,860,726.90 $4,064,453.10 $4,268,179.30 $4,471,905.50 $4,471,905.50
Cuentas por cobrar 0 $6,216,701.77 $6,582,390.11 $6,948,078.45 $7,313,766.79 $7,313,766.79
ACTIVO CIRCULANTE 0
$17,093,553.08
$18,052,305.44
$19,011,057.80
$19,969,810.17
$19,969,810.17
Cuentas por pagar 0 $ 1,670,504.57 $ 1,768,769.54 $1,867,034.52 $1,965,299.49 $1,965,299.49
PASIVO CIRCULANTE 0 $ 1,670,504.57 $1,768,769.54 $1,867,034.52 $ 1,965,299.49 $1,965,299.49
CAPITAL DE
TRABAJO 0
$15,423,048.51
$16,283,535.90
$17,144,023.29
$18,004,510.68
$18,004,510.68
INCREMENTO DE
CAPITAL DE
TRABAJO
0
$15,423,048.51 $ 860,487.39 $ 860,487.39 $ 860,487.39 $ 0.00
6.3.4 CUADRO DE FLUJO EFECTIVO
El flujo de efectivo de cada año contempla las entradas y salidas de dinero en la empresa
realizadas durante el año correspondiente de operación.
Tabla 81. Flujo de efectivo
Años 0 1 2 3 4 5
Utilidad neta -$43,006,352.55 $28,975,456.31 $22,188,478.29 $28,923,379.89 $35,658,281.48 $39,786,891.33
Depreciación y
amortización $ 0.00 $7,477,805.08 $ 7,477,805.08 $7,477,805.08 $ 7,477,805.08 $157,781,687.08
Crédito
bancario $165,409,048.26 0 0 0 0 0
ENTRADAS $122,402,695.71 $36,453,261.38 $29,666,283.37 $36,401,184.96 $43,136,086.56 $197,568,578.41
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Inversión fija $236,298,640.37 0 0 0 0 0
Incremento de
capital de
trabajo
0 $15,423,048.51 $ 860,487.39 $ 860,487.39 $ 860,487.39 $ 0.00
Pago de
crédito
bancario
0 $33,081,809.65 $33,081,809.65 $33,081,809.65 $33,081,809.65 $33,081,809.65
SALIDAS $236,298,640.37 $48,504,858.16 $33,942,297.04 $33,942,297.04 $33,942,297.04 $33,081,809.65
FLUJO NETO
EFECTIVO -$113,895,944.6 -$12,051,596.78 -$4,276,013.67 $ 2,458,887.92 $ 9,193,789.52 $164,486,768.76
6.3.5 DETERMINACIÓN DE LA TASA INTERNA DE RETORNO Y DE LA TREMA
Se utiliza dos valores del porcentaje (i) para el cálculo gráfico de la Tasa Interna de Retorno.
Tabla 82. Tasa Interna de Retorno (TIR)
i (%) 20 5
Período Flujo efectivo Factor de
actualización
Flujo efectivo
actualizado
Factor de
actualización
Flujo efectivo
actualizado
0 -$ 113,895,944.66 1.000 -$113,895,944.66 1.000 -$ 113,895,944.66
1 -$12,051,596.78 0.833 -$ 10,042,997.32 0.952 -$ 11,477,711.22
2 -$ 4,276,013.67 0.694 -$ 2,969,453.94 0.907 -$ 3,878,470.45
3 $ 2,458,887.92 0.579 $ 1,422,967.55 0.864 $ 2,124,079.84
4 $ 9,193,789.52 0.482 $ 4,433,733.37 0.823 $ 7,563,753.39
5 $ 164,486,768.76 0.402 $ 66,103,543.26 0.784 $ 128,879,687.36
Valor Presente Neto (VPN) -$ 54,948,151.74 $ 9,315,394.26
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Figura 43. Tasa Interna de Retorno por el método gráfico
Mediante el método gráfico se obtiene una TIR del 7.17%, por otro lado utilizando la fórmula de
Excel la TIR resulta de 6.54%.
La Tasa de Rentabilidad Mínima de Aceptación (TREMA) se calculó de la siguiente manera:
Tabla 83. Consideraciones para calcular la TREMA
Dado que la TIR es menor a la TREMA, el proyecto resulta no rentable bajo estas condiciones, por
lo anterior es necesario llevar a cabo el análisis de sensibilidad para ver los posibles cambios de
operación del proyecto.
Cálculo gráfico de la TIR
y = -4284.2x + 30737
-$50,000.00
$50,000.00
0 5 10 15 20 25
i (%)
Val
or
Pre
sen
te N
eto
(m
iles
de
pe
sos)
Tasa de interés bancario (%) 15
Inflación (%) 5.04
Premio al riesgo (%) 15
TREMA (%) 13.64
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Estudio de pre-factibilidad (método Valor Presente Neto)
El valor de los costos de operación se mantienen constantes al método anterior, pero algunos de
estos no se toman en cuenta para hacer el cálculo de la TIR, obteniéndose los siguientes cuadros
de resultados:
Tabla 84. Programa de operación (ton)
Porcentaje de operación 0 85 90 95 100 100 100
Producto 1 (ton) 0 0.43 0.45 0.48 0.50 0.50 0.50
Tabla 85. Ingresos por ventas
Años 0 1 2 3 4 5 6
Ingresos 0 $140,248,195.29 $148,498,089.14 $156,747,982.98 $164,997,876.82 $164,997,876.82 $164,997,876.82
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6.4 ANÁLISIS DE LA SENSIBILIDAD
6.4.1 CON RESPECTO AL MÉTODO DE AMORTIZACIÓN DEL CRÉDITO
Con una tasa de interés anual del 26%, proporcionada por el BANCO DEL BAJÍO, se obtiene el
siguiente cuadro de amortización del crédito.
Tabla 86. Amortización del crédito método de pagos iguales de capital con 26% de interés anual.
Cuadro 3. Amortización del crédito método de pagos iguales de capital
Período Monto Intereses Pago de crédito Pago total Saldo
0 $ 165,409,048.26 $ 43,006,352.55 $ - $ 43,006,352.55 $ 165,409,048.26
1 $ 165,409,048.26 $ 43,006,352.55 $ 33,081,809.65 $ 76,088,162.20 $ 132,327,238.61
2 $ 132,327,238.61 $ 34,405,082.04 $ 33,081,809.65 $ 67,486,891.69 $ 99,245,428.96
3 $ 99,245,428.96 $ 25,803,811.53 $ 33,081,809.65 $ 58,885,621.18 $ 66,163,619.30
4 $ 66,163,619.30 $ 17,202,541.02 $ 33,081,809.65 $ 50,284,350.67 $ 33,081,809.65
5 $ 33,081,809.65 $ 8,601,270.51 $ 33,081,809.65 $ 41,683,080.16 $ -
La TIR obtenida con esta tasa de interés se observa en el siguiente cuadro.
Tabla 87. TIR con la tasa de 16% anual.
Tabla de resultados generales
TIR 6.544288%
TREMA 13.6404
Costos y gastos fijos Cf $ 17,104,862.14
Costos y gastos variables Cfv $ 65,784,494.79
Ingresos por ventas $ 165,778,713.86
volumen de operación al 100% de CI (ton/año) 0.5
Volumen mínimo económico de operación VM (ton/año) 0.085529255
Esto significa que el proyecto no sería rentable, sin embargo, se realizaron algunas suposiciones,
de tal manera que se propusieron varios valores de taza de interés, encontrando que la tasa de
interés máxima que podría soportar el proyecto es de: 13%. Los resultados se muestran a
continuación.
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Tabla 88. Amortización del crédito método de pagos iguales de capital con 13% de interés anual.
Cuadro 3. Amortización del crédito método de pagos iguales de capital
Período Monto Intereses Pago de crédito Pago total Saldo
0 $ 165,409,048.26 $ 21,503,176.27 $ - $ 21,503,176.27 $ 165,409,048.26
1 $ 165,409,048.26 $ 21,503,176.27 $ 33,081,809.65 $ 54,584,985.93 $ 132,327,238.61
2 $ 132,327,238.61 $ 17,202,541.02 $ 33,081,809.65 $ 50,284,350.67 $ 99,245,428.96
3 $ 99,245,428.96 $ 12,901,905.76 $ 33,081,809.65 $ 45,983,715.42 $ 66,163,619.30
4 $ 66,163,619.30 $ 8,601,270.51 $ 33,081,809.65 $ 41,683,080.16 $ 33,081,809.65
5 $ 33,081,809.65 $ 4,300,635.25 $ 33,081,809.65 $ 37,382,444.91 $ -
Tabla 89. TIR con el interés de 13% anual.
Tabla de resultados generales
TIR 14.231438%
TREMA 13.6404
Costos y gastos fijos Cf $ 17,104,862.14
Costos y gastos variables Cfv $ 61,006,011.18
Ingresos por ventas $ 156,221,746.63
volumen de operación al 100% de CI (ton/año) 0.5
Volumen mínimo económico de operación VM (ton/año) 0.089821614
6.4.2 CON RESPECTO AL PORCENTAJE DE FINANCIAMIENTO DE LA INVERSIÓN FIJA
El cálculo de la TIR con diferentes valores de financiamiento se observa que aumenta la TIR pero
sin llegar a igualar el valor de la TREMAR, aún cuando el porcentaje de financiamiento es nulo.
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Tabla 90. Análisis de sensibilidad respecto al porcentaje de financiamiento
Porcentaje de financiamiento TIR TREMAR
0 11,93 13,64
5 11,67 13,64
10 11,4 13,64
15 11,11 13,64
20 10,81 13,64
30 10,14 13,64
40 9,4 13,64
50 8,56 13,64
60 7,61 13,64
70 6,54 13,64
80 5,31 13,64
100 2,29 13,64
No se encuentra una TIR que sea mayor a la TREMAR a pesar variar el porcentaje de
financiamiento, es conveniente buscar otras alternativas, por ejemplo renta de equipo con el cual
los costos del proyecto puedan disminuir considerablemente.
6.4.3 PRECIO DE LAS MATERIAS PRIMAS Y PRECIO DEL PRODUCTO
En la siguiente tabla se muestran las variaciones que se le hicieron al precio de las materias primas
así como variar el precio del producto.
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Tabla 91. Variación en el precio de materia prima y el
comportamiento de la TIR.
% de variación
en el precio
Precio de materia
prima($)
TIR
- 30 115, 821, 649.94 11.79
-20 106, 912, 292.25 10.03
-10 28, 002, 234.56 8.28
0 89, 093, 576.88 6.54
10 80, 184, 219.19 4.82
20 71, 274, 861.50 3.10
30 62, 365, 503.81 1.39
Con este se observa que no se puede obtener una TIR mayor que la TREMA por lo que el proyecto
no sería rentable ni aun con el 30 % de descuento en la materia prima.
Cuando se varía el precio del producto se observa el siguiente comportamiento
Tabla 92. Variación en el precio de producto y el
comportamiento de la TIR.
% de variación
en el precio
Precio del
producto ($/Ton)
Precio
($/g)
TIR
- 30 224, 603, 418.78 224.60 -11.38
-20 259, 479, 048.26 259.48 -5.75
-10 295, 122, 545.55 295.12 0.21
0 331, 557, 427.72 331.56 6.54
10 368, 881, 071.28 368.81 13.29
20 406, 911, 388.56 406.91 20.49
30 445, 887, 575.20 445.89 28.18
Si se varia el precio del producto aumentándolo hasta un 30% se puede obtener una TIR superior a
la TREMA haciendo con esto rentable el proyecto.
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6.4.4 CAPACIDAD INSTALADA
Si se varía la capacidad instalada se observa que aumenta la TIR, esto se hace aumentando la
capacidad instalada pero dejando todos los demás.
Tabla 93. Comportamiento de la TIR cuando se varía la capacidad instalada.
Ton / años TIR
400 2.90
450 4.72
475 5.63
500 6.54
525 7.46
550 8.38
600 10.24
Se observa que no se tiene rentable el proyecto ni aún aumentando la capacidad instalada de la
planta considerando que los gastos son para producir 500 toneladas
.
6.4.5 PORCENTAJE DE OPERACIÓN ANUAL
Cuando se varía el aprovechamiento de la capacidad máxima de operación de la planta se puede
observar el siguiente comportamiento.
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Tabla 94. Variando el aprovechamiento de la capacidad máxima de operación de la planta.
% DE OPERACIÓN TIR
70 75 80 85 90 2.55
75 80 85 90 95 3.67
80 85 90 95 100 4.79
85 90 95 100 100 6.54
90 95 100 100 100 8.12
95 100 100 100 100 9.35
100 100 100 100 100 10.21
No se aumenta significativamente la TIR ni aun cuando la planta comenzara con el 100% de
producción de su capacidad para el primer año.
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DISEÑO DE PLANTAS | CONCLUSIONES 366
7 CONCLUSIONES
El proyecto resulta no rentable con el método analizado.
Se realizaron algunas suposiciones, de tal manera que se propusieron varios valores de tasa de
interés, encontrando que la tasa de interés máxima que podría soportar el proyecto es de: 13%.
No se encuentra una TIR que sea mayor a la TREMAR a pesar variar el porcentaje de
financiamiento, es conveniente buscar otras alternativas, por ejemplo renta de equipo con el cual
los costos del proyecto puedan disminuir considerablemente.
No se puede obtener una TIR mayor que la TREMA cuando se varía el precio de la materia prima
por lo que el proyecto no sería rentable ni aun con el 30 % de descuento en la materia prima.
Si se varia el precio del producto aumentándolo hasta un 30% ($445.86 por cada gramo de rHSA)
se puede obtener una TIR del 28% que es superior a la TREMA haciendo con esto rentable el
proyecto.
No se es rentable el proyecto ni aún aumentando la capacidad instalada de la planta considerando
que los gastos son para producir 500 toneladas.
No se aumenta significativamente la TIR ni aun cuando la planta comenzara con el 100% de
producción de su capacidad para el primer año.
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