Plantas Piloto Integracin II Pagina 1

Plantas Piloto El diseo o la modificacin sustancial de una nueva planta o proceso, su posterior construccin y puesta en marcha representan una enorme inversin de tiempo y dinero. Las recompensas son grandes si se logra una mejora significativa en las prestaciones pero los riesgos tambin grandes porque si una planta comercial costosa no produce como se espera los costos y beneficios diferenciales respecto del diseo optimo se arrastran durante toda su vida til . Para reducir el grado de riesgo, se realizan a menudo programas de investigacin largos y costosos. El cuadro 1 muestra una secuencia de actividades que podran seguirse en el marco de un programa de investigacin razonable. Dependiendo de la complejidad del proyecto, algunos de estos pasos pueden ser eliminados; son posibles una gran cantidad de iteraciones y retroalimentaciones en cada etapa. Pasos de un programa de investigacin.

Paso Intencin Origen del concepto Definir ideas y conceptos que sern investigados Investigacin bsica Determinar la factibilidad del concepto a nivel bsico Evaluacin econmica preliminar Determinar si el incentivo econmico es suficiente para proceder con la

investigacin Investigacin de laboratorio Estudiar de los datos fundamentales Evaluacin del producto Estudiar la conveniencia de producir el producto Desarrollo del proceso e ingeniera preliminar

Producir un diseo preliminar de la planta a escala real, resolviendo los problemas de proceso

Estudio en Planta Piloto Demostrar las factibilidad del proceso propuesto y del diseo del proceso Unidad de demostracin Demostrar la factibilidad del proceso a una fraccin de la escala comercial Unidad prototipo Demostrar la factibilidad del proceso en pequea escala Planta Comercial Vender un producto para lograr un beneficio

Pero hay que tener en cuenta que cada etapa implica un incremento exponencial de los recursos, tiempo y dinero requerido, como se muestra en la Figura 1. Esto ilustra la necesidad de minimizar la cantidad de rediseos ya que el proyecto progresa a travs de las diversas etapas hasta lograr una unidad comercial. Una cantidad sustancial de tiempo y dinero se ha ido invirtiendo progresivamente desde el principio y es aceptable resistir la tentacin de hacer cambios de menor importancia en el proceso cuando ya se ha llegado a una etapa avanzada. En ese momento se debe tomar la decisin de dejar sin respuesta alguna incgnita sobre el proceso. Segn la dimensin de las interrogantes que queden sin responder se puede considerar el desconocimiento de las mismas como un riesgo aceptable o bien desarrollar la investigacin necesaria la cual puede ser potencialmente muy extensa, costosa y retrasar el proyecto general.

Otra consideracin a tener en cuenta, la cual se contrapone con reducir al mnimo los riesgos asociados con un nuevo producto o proceso, puede ser la oportunidad del descubrimiento. El tiempo puede ser el factor ms importante en un programa de investigacin, como en el caso de asegurar un nuevo mercado con un producto totalmente nuevo, o intentar conseguir la posicin de patentar antes de un competidor. En esta situacin, la decisin podr proceder a la comercializacin antes de lo conveniente, antes de resolver satisfactoriamente todos los problemas de diseo. Esto normalmente requiere un enfoque de diseo ms caro y normalmente ms conservador. Una planta piloto es una coleccin de equipos diseados y construidos para investigar algunos aspectos crticos de la operacin o desarrollar algunos aspectos relacionados con la investigacin bsica. Es una herramienta y no

Plantas Piloto Integracin II Pagina 2

un fin en s misma. Una planta piloto puede variar en tamao desde una unidad de laboratorio de mesada de laboratorio a una instalacin de un tamao solamente un poco ms pequeo que una unidad comercial. Los objetivos para su construccin y operacin pueden variar mucho: confirmar la viabilidad de un proceso propuesto, suministrar los datos de diseo; determinar la viabilidad econmica de un nuevo proceso; determinar los materiales de construccin ms adecuados; ensayar la operatividad de un esquema de control; determinar la forma y el grado de mantenimiento de la planta; producir cantidades suficientes de producto para la evaluacin del mercado, obtener datos de la cintica; probar catalizadores, ser un demostrador de tecnologa avanzada en diferentes reas; proveer datos que proporcionen soluciones a los problemas de cambio de escala, suministrar apoyo tcnico a un proceso o producto existente; evaluar los riesgos del proceso; determinar gastos de funcionamiento; optimizar un proceso existente, evaluar procesos alternativos, materias primas, o condiciones de funcionamiento, y realizar investigaciones de proceso fundamentales. La necesidad de una planta piloto es una medida del grado de incertidumbre en el desarrollo de un proceso desde la etapa de investigacin a una planta comercial completa. Una modificacin en un proceso bien conocido puede seguir el camino mas directo de pasar del trabajo de investigacin bsica al diseo de una planta comercial, sin embargo utilizar este enfoque para una nueva lnea de procesos puede llevar a producir un fracaso importante. En este caso, lo ms deseables es pasar por una o ms unidades de tamao intermedio para demostrar la viabilidad del proceso as como para determinar los factores de cambio de escala ms seguros.

Clasificacin de las plantas piloto Las plantas piloto se pueden clasificar de diferente forma. El tamao es el criterio ms comn y es el que mejor se relaciona con los costos de construccin y de operacin. Sin embargo, esta clasificacin es una generalizacin y no pueden ser aplicables en casos especficos. Esto es porque existen micro plantas piloto que estn extensamente automatizadas, y otras unidades, de gran tamao, normalmente de demostracin que no lo estn, por lo que la comparacin entre ellas no puede hacerse solamente por su tamao.

Clase Caracteristicas Costos Micro unidad o planta piloto de mesada de laboratorio

Pequeo tamao (250m2) Habitualmente tienen edificios o predios destinados a ellas Utilizacin de caeras comunes Completamente automatizadas con sistemas informticos

dedicados Sistemas de almacenamiento de productos y cargas Incluyen una gran capacidad de almacenamiento

>1.000.000 u$a

Clasificacin de las plantas piloto segn el grado de automatizacin El grado de automatizacin e instrumentacin de una planta es el siguiente criterio ms comn de clasificacin, porque la instrumentacin es una parte muy considerable del costo inicial de construccin y mantenimiento. Algunas caractersticas tpicas se muestran en la tabla 3. El alto costo de la mano de obra de operadores y las dificultades de controlar un proceso en forma manual y obtener datos en forma precisa ha forzado virtualmente a que todas las plantas pilotos inclusive las mas sencillas incrementen su nivel de automatizacin, por lo que este criterio ha ido perdiendo utilidad. Estos criterios de clasificacin son elsticos y se pueden discutir otras posibilidades. Las plantas pilotos tienen tpicamente mas lazos de control que una planta de procesos comn. En los costos de la figura 3 se han tenido en cuenta el costo de los instrumentos pero no el del montaje, conexionado y puesta en servicio. Una planta piloto de tamao mediano

Plantas Piloto Integracin II Pagina 3

tiene entre 10 y 20 lazos de control. Unidades mas pequeas (menos de 10 lazos de control) tienen un valor entre un 25 y 40% menor, unidades ms grandes (20 a 40 lazos de control) tienen costos de un 50 a 100% mayor. Tabla 3. Clasificacin tpica de plantas piloto segn el grado de automatizacin

Grado de automatizacin

Caracteristicas Costos de instrumentacin

Manual Todas las variables de proceso son manipuladas y monitoreadas por el operador

Mala repetibilidad Perdida de control del proceso

< 2000 u$a

Control local Las variables mas importantes son monitoreadas por medio de controladores dedicados

Control de proceso mas estricto que el anterior Posible recogida de datos por medio de

instrumentacin

10.000 20.000 u$a

Sistema mixto Todas las variables son monitoreadas pr controladores ( locales o distribuidos) con alguna computadora controladora o monitoreo y almacenamiento de datos.

Normalmente la adquisicin de datos es proporcionada por medio un data logger o una computadora

Normalmente los sistemas mas antiguos se pueden mejorar o upgrade a sistemas modernos basados en protocolos de comunicacin estandares

20.000 . 60.000 u$a

automatizados Todos o la mayoria de los sistemas son controlados por sistemas computarizados

El mas estricto nivel de control de proceso Pueden ser supervisados o directamente controlados

en forma digital Alto nivel de repetibilidad El mas bajo nivel posible de operacin manual Las operaciones discontinuas tambin estn

automatizadas La adquisicin y almacenamiento de datos es una

parte integral del sistema de control

20000 60000 u$a

Cambio de escala

El cambio de escala es el proceso de desarrollar un diseo de la planta a partir de datos experimentales obtenidos a partir de una unidad muchos rdenes de magnitud menor. Esta actividad es considerada exitosa si la planta produce el producto comercial con las tasas de produccin planificadas, con los costos planeados, y con la calidad deseada. Esta etapa de pasar de la planta piloto a la operacin en gran escala es tal vez la ms precaria de todas las fases del desarrollo de un nuevo proceso debido a que los mayores gastos estn comprometidos en las fases donde se producen los mayores riesgos. El proceso de diseo de una planta ha recorrido un largo camino desde la dcada de 1930 cuando los diseadores de proceso utilizaban la regla emprica que dice que una instalacin de proceso no podra ser incrementada en ms de 10 veces el tamao de la que se parta. La unidad de Ultracraqueo de American Oil, por ejemplo, fue diseada a partir de datos de una pequea planta piloto utilizando un factor de cambio de escala de 80.000. Los problemas de cambio de escala existen por mltiples razones incluyendo ecuaciones bsicas sin solucin conocida por tcnicas matemticas, aspectos fsicos y qumicos del proceso interrelacionados como resultante de un acoplamiento de las ecuaciones bsicas, problemas debidos que las soluciones utilizadas en la planta piloto no son adecuado en la escala comercial, y desconocimiento del desempeo de los equipos por no haber utilizado nunca antes los mismos en esa escala. Las discusiones de los problemas de escala y soluciones se describen en la bibliografa complementaria, pero se relacionan con cambio de escala en sistemas que hacen transferencia de materia, energa y masa, sistemas que producen reacciones qumicas, etc.

Plantas Piloto Integracin II Pagina 4

Aunque la operacin exitosa de planta piloto no garantiza el funcionamiento con xito planta comercial, aumenta considerablemente el factor de xito. Sin embargo, debe asegurarse que todas las buenas practicas y recomendaciones se estn siguiendo en todas las fases de del programa de investigacin

Planificacin del programa de experimentacin Planificar el programa de experimentacin es una parte importante del proceso de decisin sobre el tipo de planta piloto requerida. Esta etapa debe realizarse tan pronto como los objetivos del programa de investigacin se hayan formulado porque el tipo y la extensin del programa experimental afecta al costo total del programa, al tipo de planta piloto es necesario, y a la forma en la que la planta piloto se va a operar. Por lo tanto, afecta en gran medida la justificacin econmica del programa de investigacin. La planificacin de la experimentacin tambin ayuda a reducir el nmero de pruebas necesarias, un factor clave en el control de los costos anuales, ya que no es raro que los costos anuales de funcionamiento de una planta piloto para ser de dos a tres veces los costos de construccin inicial. Adems, los experimentos planeados pueden forzar cambios en el diseo o demostrar que una planta piloto no es el mejor lugar para obtener parte de la informacin deseada. En las etapas iniciales de la planificacin tambin se pueden poner de manifiesto la necesidad de ms trabajo a escala de laboratorio para apoyar la operacin de la planta piloto. Esto es as porque el trabajo de laboratorio es menos costoso y da frecuentemente una visin de las correlaciones o modelos del proceso que deben ser estudiados en la planta piloto. Las especificaciones de diseo de una Planta piloto deben establecerse solo despus de examinar cuidadosamente el programa de experimentacin porque las decisiones sobre la exactitud de los instrumentos, analizadores, y otros equipos deben fundamentarse en los requisitos de los experimentos previstos para la unidad. La flexibilidad y versatilidad son importantes, pero costosas, y cuando son provistas innecesariamente o en forma muy profusa puede dar lugar a una unidad que sea difcil o imposible de operar con xito. El diseo estadstico de experimentos permite maximizar la informacin y reducir el tiempo de la investigacin y los costos. Esta tcnica es muy til para no perder de vista los factores sinrgicos que afectan el desempeo o la calidad del producto, minimizan la incertidumbre y las distorsiones (sesgo) que puede incorporar la percepcin humana, y elimina las lneas de investigacin menos productivas tomando ventaja de los datos que se han obtenido, reduciendo el nmero de ensayos en planta piloto necesarios para definir los efectos de las variables. En general, el diseo estadstico de experimentos aumenta el nivel de confianza en los resultados experimentales. La formacin en diseo estadstico de experimento debe estar incorporada en cualquier ingeniero que quiera dedicarse al desarrollo de programas de experimentacin en planta piloto. Por encima de todo el diseo estadstico de experimentos incrementa el nivel de confianza en los resultados experimentales.

Diseo de Plantas piloto La forma en que se disea una planta piloto afecta su costo, operatividad y eficacia. La totalidad de los rangos o capacidades operativas que tendr una planta piloto normalmente pueden no estar completamente definidas en la fase de diseo inicial, pero es necesario tener definidos el rango de valores entre los que oscilarn las capacidades de la planta en forma realista antes de que comience el diseo, lo que nos dar una clara definicin del propsito de la planta piloto. El primer paso en el diseo de la planta piloto es determinar si el diseo de una planta piloto es para la modelar procesos o para resolver un problema de investigacin. El modelado de proceso consiste en reproducir las operaciones de una unidad especfica a escala piloto o ms pequea. Esto favorece la seguridad, minimiza el tiempo de diseo, y reproduce todas las operaciones y procesos de inters. Por lo general es costosa, porque se reproducen todas las operaciones, no slo a los ms importantes. En cambio si la finalidad es investigar el problema consiste en el diseo de una planta piloto para estudiar el tema especfico de inters. En este caso, la planta piloto no puede parecerse a aquellas usadas en operacin comercial. Aunque este enfoque es generalmente ms barato y ms rpido lleva el riesgo inherente de olvidar el verdadero problema y producir resultados que no tengan ningn valor. Dos enfoques se utilizan comnmente para el diseo de planta piloto. El primero utiliza tcnicas convencionales de diseo que imitan el diseo de los procesos comerciales. Por lo general proporciona un diseo seguro y manejable dado que la metodologa de diseo es conocida y la eficacia de los resultados finales ya ha sido probada previamente. Este enfoque no siempre es posible: la escala de la operacin de la planta piloto puede estar completamente fuera del rango de todas las tcnicas de diseo comercial, el diseo propuesto puede no ser barato en la escala prevista o en la ubicacin propuesta, y copiar el diseo comercial puede llevar a algunas limitaciones inherentes que repercuten negativamente en las operaciones, impactando o modificando las condiciones que eran de inters para la escala de planta piloto, pero no en la escala de la planta comercial.

Plantas Piloto Integracin II Pagina 5

El enfoque alternativo es usar una metodologa de diseo orientada a plantas pilotos usando tcnicas de diseo convencionales pero tratando de maximizar las ventajas de la operacin de la planta piloto en lo que se relaciona con la escala, la tcnica y la operacin. Las ventajas incluyen ahorros debido a equipamientos reducidos, economa y eficiencia en la construccin y en los costos de operacin, aspectos que de otra forma se transformaran en problemas de sobrecosto. Incrementando la simplicidad de la operacin se reducen los costos de mantenimiento y los gastos en personal de operacin y se mejora la comprensin del proceso a travs del uso de equipamiento especializado. Sin embargo hay que ser cuidadoso con la eleccin de esta alternativa, porque la falta de publicaciones con informacin de diseo, eleva el factor de riesgo, y hace que el diseo final sea muy dependiente del nivel de competencia y experiencia que tengan los ingenieros de diseo.

Mtodos de Estimacin de los costos-Planta Piloto Los costos de una planta piloto estn en el rango entre los U$A 10.000 a U$A 10.000.000, pero la mayora suelen estar entre los U$A 50.000 a U$A 250.000, asumiendo que se tiene una edificacin para albergar a la planta. Existen tres mtodos bsicos de estimacin de los costos para disear y construir una planta piloto: la similitud, relacin de costos y el presupuesto detallado de trabajo y materiales. Estos son el costeo por similitud, el costeo por coeficientes de costo y el costeo por detalle de materiales y mano de obra. El costeo por similitud consiste en calcular el costo de la planta piloto a partir de los costos para disear y construir una unidad similar. Este es el mtodo ms rpido, pero es el menos preciso; errores de lOO% no son poco frecuentes. Esto se debe al hecho de que unidades similares no siempre son idnticas. El costeo por desarrollo de coeficientes de costos para estimar los costos consiste en relacionar el costo total de una planta piloto o de una parte de una planta piloto con un elemento conocido tal como es el costo del equipamiento de procesos ms grande, o el nmero de lazos de control, o el tamao o peso de un equipo o factores similares. El costo estimado se calcula usando los coeficientes de costo de la unidad entera, los equipos individuales o cada uno de los subsistemas separados dependiendo del grado de detalle con el que se haya hecho la clasificacin de los subconjuntos. Desafortunadamente la informacin de los coeficientes de costos no se encuentra normalmente disponible para equipos a nivel de planta piloto, por lo que la precisin en la estimacin es limitada. Dependiendo del tipo de coeficientes de costeo que se utilicen y la experiencia del personal que haga la estimacin, se tiene una precisin del orden del 25 a 50 %. Los coeficientes de costeo se pueden usar con ms precisin si se utilizan para calcular el costo de pequeos subsistemas, debido a que normalmente esa informacin si se encuentra disponible. Sin embargo este mtodo normalmente requiere mucho mas trabajo que el mtodo anterior. El presupuesto detallado de trabajo y materiales involucra el despiece de la planta y de su construccin en un conjunto de subtareas y la estimacin de la mano de obra y de los materiales para cada tarea separada. Este mtodo puede producir estimaciones que varan con precisiones del 10 al 20% pero requiere mucho mas esfuerzo que los mtodos previos. La diferencia entre un coeficiente de estimacin de costos detallado y general es el nivel de detalle involucrado. El uso de coeficientes de costeo general puede estimar el costo total del sistema de control de la planta piloto o el de la planta piloto a partir simplemente del numero de lazos de control. En cambio los coeficientes de costeo estimados estiman el costo de cada lazo de control basado en el tipo de lazo de control y sus partes. El resto de las estimaciones se debe calcular a partir de un gran nmero de coeficientes similares.

Mtodo (rango de precisin,

en %)

Informacin requerida Tiempo de desarrollo a,

semanas Similitud (50-100) Costo de una unidad similar

Diferencias con la unidad propuesta

Plantas Piloto Integracin II Pagina 6

En general, la tcnica de similitud o la estimacin por medio de coeficientes de costeo se utilizan para el desarrollo de estimaciones de preliminares cuando se requiere una estimacin de forma rpida y es aceptable una precisin limitada. Los coeficientes o relaciones detalladas de costeo o el presupuesto detallado de materiales y mano de obra generalmente son desarrollados con anterioridad a la apropiacin real de los fondos para desarrollar una mejor estimacin con fines de presupuestacin y control de costes. Los costos para operar una planta piloto son la suma de los costes de la materia prima, la eliminacin de productos y residuos, servicios, mano de obra de operacin, repuestos, mantenimiento y servicios de apoyo. Se han enfocado esfuerzos muy significativos en la reduccin de los costos de explotacin por medio de la reduccin del trabajo operativo a travs de la automatizacin y el funcionamiento automtico, as como el control de los costos de eliminacin de residuos mediante un diseo cuidadoso y la planificacin.

Edificios para una Planta Piloto Espacial En general, los tipos de espacio para una planta piloto se pueden clasificar en cinco reas principales: edificios separados, clulas de contencin o barricadas, bahas o reas abiertas, cabina con campana y reas de laboratorio. El espacio necesario para una planta piloto vara enormemente de acuerdo con su tamao y tipo. Una pequea unidad puede que una parte de un laboratorio (5 a10 m2), mientras que una planta piloto promedio de $ 50.000 a $ 200.000 pueden requerir una gran sala o edificio (tal vez 500 m2-2000 m2), excluyendo galpones y reas de almacenamiento del producto.

Programacin. Una preocupacin importante en todos los trabajos de planta piloto es minimizar el tiempo necesario entre el inicio del proyecto y la generacin significativa de datos. Por lo general, una planta piloto promedio de $ 50.000 - $ 250.000 requiere 6 a 18 meses para el progreso a travs de este proceso: de 2 a 8 meses para el diseo, provisin de materiales, y la programacin y de 2 a 6 meses para la construccin, y 1 a 4 meses para la puesta en marcha (hasta e incluyendo la primera operacin real). Este tiempo de espera puede reducirse significativamente mediante una cuidadosa planificacin, la compra de artculos con un largo plazo de ejecucin en forma anticipada, y diversas tcnicas de construccin. El tiempo de diseo se puede reducir si los diseos estandarizados se desarrollan previamente de antemano para todos aquellos subsistemas que sean comunes. El tiempo de construccin puede ser reducido por varios mtodos. La construccin de determinados subsistemas puede comenzar en antes de que el diseo final se haya completado. La planta piloto se puede construir de a un subconjunto a la vez, ponindolo en marcha una vez que se ha completado cada subconjunto. Ambos enfoques tienen por objeto reducir el tiempo de espera, pero incorporando a su vez un nuevo elemento de riesgo.

Sistemas de Control de Plantas Piloto Definir los requisitos para el sistema de control de planta piloto a menudo es difcil porque la experiencia en plantas de proceso para poder comparar y evaluar es generalmente deficiente y el diseo es realizado con frecuencia por personal sin experiencia en sistemas de instrumentacin o en la operacin de plantas piloto. La naturaleza aislada e intermitente con frecuencia de operaciones de la planta piloto tambin inhibe la evolucin y promueve individuales instalaciones nicas. Esto complica el proceso de seleccin. Los sistemas automticos de instrumentacin para plantas piloto se han basado histricamente en dispositivos analgicos. La tendencia en estos dispositivos ha sido hacia unidades ms pequeas y menos costosas con flexibilidad, lo que aumenta su adecuacin para los sistemas de instrumentacin de planta piloto. Los sistemas de control computarizados, que una vez fueron demasiado caros para cualquier cosa excepto aplicaciones grandes como plantas de proceso, ahora estn disponibles comnmente en tamaos y costos adecuados para la mayora de operaciones de la planta piloto. Las capacidades de trabajo y el almacenamiento de datos de estos sistemas los hacen muy atractivos. Los sistemas computarizados son cada vez ms pequeos y menos costosos; los equipos analgicos estn siendo rediseado para utilizar microprocesadores. El objetivo es hacer desaparecer la distincin entre los dos sistemas. La mayora de las organizaciones estn instalando sistemas de control digitales en todas las plantas. Tres tipos de sistemas de control de computarizados se utilizan comnmente para la instrumentacin de las plantas piloto. El primero es el sistema centralizado, por lo general basado en estaciones de trabajo o mainframes. Estos sistemas tienen grandes capacidades de almacenamiento, memorias muy grandes y mucho equipo asociado. Por lo general se usan para el control de todas las plantas en un rea o una instalacin. Los sistemas centralizados son econmicos, si estn implicadas un gran nmero de unidades, pero son cada vez menos comunes debido a sus altos costos de instalacin, de mantenimiento, as como la limitacin de que frente a una falla del sistema central se apagan todas las plantas en cuestin. Los segundos son sistemas informticos independientes, basadas generalmente en un ordenador personal (PC) o controlador lgico programable (PLC), establecen un sistema informtico independiente para cada planta piloto. Esto permite la expansin econmica para nuevas unidades, se separan por completo las diferentes plantas piloto

Plantas Piloto Integracin II Pagina 7

para el mantenimiento y la solucin de problemas y a menudo tienen el menor costo inicial. La estandarizacin puede ser un problema y el software de control, la recopilacin y almacenamiento de datos puede ser limitada en tamao, alcance y capacidad, por lo se debe llegara una solucin de compromiso. Los sistemas de control distribuidos (DCS) son un hbrido de los sistemas anteriores, habiendo equipos independientes para el control y recopilacin de datos en cada planta piloto, junto con una o ms computadoras de nivel superior (s) para almacenamiento de datos y el trabajo en marcha. Por lo general ms caros que cualquiera de los sistemas centrales o equipos independientes, los sistemas distribuidos de control tiene las ventajas de ambos sistemas. Este enfoque se prefiere para plantas piloto cuando puede justificarse econmicamente, por lo general para las instalaciones de investigacin ms grandes o para unidades de demostracin muy grandes.

Instrumentacin. Las plantas piloto estn por lo general muy instrumentadas respecto a las plantas comerciales. No es raro para una planta piloto pueda tener un orden de magnitud ms de lazos de control e instrumentos de anlisis que una planta comercial debido a la necesidad de informacin adicional que no es necesaria en la fase comercial. Una discusin de todos los tipos especficos de instrumentos utilizados en las plantas piloto est fuera del alcance de esta introduccin. Los instrumentos analticos para plantas piloto se dividen en dos clases: off-line y on-line. El anlisis off- line de un proceso batch requiere la toma de muestras, la manipulacin y el almacenamiento seguido de anlisis en una fecha posterior y con frecuencia en otro lugar. Esto interfiere al menos con el proceso pero comnmente es menos costoso, y permite que se realice el anlisis bajo condiciones controladas rigurosamente. Pueden existir algunos anlisis que no se puedan hacer de cualquier otra forma a causa de limitaciones del equipamiento necesario, aunque esto es cada vez menos frecuente. Las desventajas del anlisis fuera de lnea incluyen la toma, manejo y almacenamiento de muestras representativas y la imposibilidad de modificar las condiciones del proceso en un tiempo real, debido al tiempo transcurrido entre el muestreo y anlisis. Los anlisis en lnea son a menudo ms caros y difciles de establecer al principio, aunque puede ser ms preciso y fiable si se realiza correctamente. Los analizadores on-line tambin se pueden utilizar para proporcionar control en tiempo real de un proceso a travs de una variable secundaria, como la gravedad o la conversin, en comparacin con el control de una variable principal, tal como la temperatura. El mantenimiento de la instrumentacin analtica requiere de personal capacitado y es una tarea que consume tiempo. Un problema adicional es la necesidad de control de la frecuencia de calibracin de la instrumentacin de anlisis y la recalibracin de ser necesaria. Anteriormente exista instrumentacin cuyo nico destino era la registracin de datos, y que fue muy comn en plantas piloto, pero ha sido completamente sustituida por equipos ms modernos digitales que no solamente sirven para la registracin de datos sino tambin para el control del proceso.

Manejo de insumos y productos Uno de los aspectos ms complejos de los trabajos de planta piloto es ver como se puede alimentar y manejar el producto, dado que este tipo de instalaciones no esta diseado ni funciona como una planta comercial. De hecho, los problemas asociados al manejo y almacenamiento de los insumos y los productos a veces pueden ser problemas tan complejos de resolver como los problemas de proceso. La toxicidad de los alimentos y los productos deben ser cuidadosamente considerados durante las fases de diseo preliminar sobre todo si los insumos o productos contienen carcingenos conocidos o sospechados. Es posible que incluso pueda ser necesaria antes de la operacin estudios de toxicidad sobre todo si el personal no esta familiarizado con los materiales. Se deber prever capacidad de almacenamiento suficiente para insumos y productos. El sistema de almacenamiento deber estar diseado para reducir al mnimo la necesidad de tiempo de manipulacin por parte del operador. La capacidad de alimentacin y de almacenamiento de producto terminado deber ser lo suficientemente grande como para reducir al mnimo la necesidad de tiempo de atencin que le van a demandar al operador las tareas de carga y descarga. En todos los recipientes que almacenen producto y que puedan desbordarse, se deben instalar alarmas de nivel alto y de apagado, y alarmas de bajo nivel y apagado en todos los recipientes que podran llegar a vaciarse. La venteo de productos debe hacerse siguiendo todas las leyes, y procedimientos vigentes, relacionados con residuos industriales, sustancias peligrosas, contaminacin, normas de seguridad e higiene y cuidado del medio ambiente, a nivel nacional, provincial y municipal, siguiendo buenos criterios de ingeniera. Estos pueden requerir tratamientos adicionales, como lavado o neutralizacin, incineracin, quemado o medidas similares. Se requiere especial cuidado para asegurar que la ventilacin de emergencia sea adecuada en tamao, disposicin, ubicacin e instalada con la altura adecuada para los productos que se van a ventear. Si una planta piloto se encuentra en una zona elctricamente clasificada, la alimentacin y manipulacin de productos inflamables se deber hacer conforme las normativas de seguridad y

Plantas Piloto Integracin II Pagina 8

las buenas prcticas. Lo mismo es cierto si se utilizan materiales txicos y el area tiene una mala ventilacin.

Arranque de la planta piloto La puesta en marcha de una planta piloto es diferente desde el principio, teniendo en cuenta principalmente que es una planta de proceso de menor escala que una de produccin comercial y el menor compromiso de recursos que demanda, la menor planificacin previa de puesta en marcha, y la limitada existente experiencia con el proceso y funcionamiento de la misma. La clave para una exitosa puesta en marcha de la planta piloto es una buena planificacin realizada previamente, por lo menos 6 a 8 semanas antes de la finalizacin del la construccin, que permita la identificacin de reas problemticas y preocupaciones con en el tiempo necesario para una buena resolucin. Se debe hacer una secuencia detallada de la puesta en marcha enumerando cada tarea a realizar en orden cronolgico. La secuencia de puesta en marcha permite la elaboracin de una lista de los recursos necesarios y un calendario provisional de puesta en marcha. El xito de la puesta en marcha requirie esta planificacin anticipada, as como la formacin adecuada y la adquisicin de experiencia por parte del personal con una variedad de habilidades. Si el trabajo de instalar plantas piloto es comn en una compaa, un grupo especializado de puesta en marcha es un bien de primera importancia. La seguridad es una de las principales preocupaciones durante el arranque, porque los sistemas de control y bloqueo no son completamente funcionales y los equipos y subsistemas estn siendo utilizados por primera vez, por lo que pueden aparecer problemas de montaje, indicacin, disposicin en los tableros, etc. Los costos de puesta en marcha de la planta piloto son muy variables. Los gastos imputados a la puesta en marcha, as como el alcance de las actividades de puesta la etiqueta "start-up" varan ampliamente. Los rangos de valores van entre el 5 y el 50% del costo de la construccin, siendo los mas tipicos del 10 a 20%. La duracin de la puesta en marcha tambin varan, pero un rango de uno a tres meses es comn en funcin de la formacin de personal y conocimientos especializados.

Seguridad en el diseo y la operacin de una planta piloto Las plantas piloto son a menudo ms peligrosas que las plantas de proceso, a pesar de que son ms pequeas en tamao, por muchas razones. Estos incluyen una tendencia humana a relajar los procedimientos normales de revisin de seguridad basado en la pequea escala, el que normalmente las pone en funcionamiento personal con calificaciones excepcionales, lo cual por exceso de confianza relaja la seguridad, y la naturaleza experimental de la investigacin en los procesos y operaciones para los que se construyo la planta, la falta de prctica constante y de experiencia operativa, la falta de informacin sobre nuevos materiales o procesos, la falta de protecciones automticas efectivas debido al cambio frecuente de las operaciones de la planta piloto dada su naturaleza, el deseo de una gran flexibilidad en las condiciones de funcionamiento, y la falta de personal de mantenimiento a tiempo completo. Para minimizar estos problemas, la mayora de las organizaciones requieren de una serie formal de revisiones de seguridad y anlisis de riesgo para cada planta piloto nueva o modificada. Como mnimo, esto implica el anlisis de la planta piloto propuesto antes de la construccin para identificar y eliminar todos los posibles peligros, incluyendo lo relacionado con toxicidad o inflamabilidad de insumos, productos intermedios o finales, el almacenamiento y manipulacin del producto, los problemas relacionados con la disposicin final y la eliminacin, las normas pertinentes del gobierno, y aquellas reacciones y procesos que potencialmente sean peligrosas. El tipo exacto y la fecha de estas revisiones vara en cada organizacin. La planta piloto tambin debe ser cuidadosamente diseada para que sus sistemas de control y seguridad lleven a la planta a una condicin de parada segura ante una falla (fail- safe) ante una falla inesperada de cualquier equipo o un fallo del suministro de energa. Cambios inesperados o rpidos en el proceso, pueden anunciar o dar lugar a situaciones peligrosas (reacciones exotrmicas en los reactores) , y por lo tanto deben ser objeto de control permanente por medio de la instrumentacin y se deben prever procedimientos a realizar en forma automtica.

Tendencias futuras Las Unidades de a nivel de laboratorio o microunidades seguirn siendo el tipo predominante de la planta piloto a construir gracias a su costos ms bajos de construccin y operacin. Las unidades de demostracin y unidades prototipo sern ms raras, por las razones opuestas. La tendencia hacia la construccin y operacin de plantas piloto especializados continuarn en un esfuerzo por reducir los costes de construccin y de instalacin. Esto resultar en un aumento de la necesidad de diseo y construccin rpida con el fin de reducir el tiempo de espera para las plantas piloto nuevas. Las organizaciones que demanden unidades y que no las tengan aumentaran su dependencia de aquellas organizaciones que ya la han adquirido para lograr la capacidad de desarrollar nuevas unidades rpidamente cuando surja la necesidad. Los grupos de consultora con experiencia en estas reas crecern, ofreciendo sus

Plantas Piloto Integracin II Pagina 9

servicios a las empresas ms pequeas. Las grandes empresas pueden encontrar la necesidad de desarrollar y mantener grupos especializados con experiencia en el diseo, puesta en marcha y operaciones. Los aspectos de seguridad de la construccin de planta piloto y la operacin seguirn creciendo impulsados tanto por la regulacin y una mayor conciencia de los riesgos potenciales. Estos tambin requerirn conocimientos especializados y formacin en todos los niveles. Prcticamente todas las plantas piloto nuevas sern controladas por ordenador y muy automatizadas, debido la necesidad de una alta precisin y repetibilidad, a la facilidad de recogida de datos y a la obtencin de datos mientras la instalacin est en operacin. Los sistemas de controlador lgico programables e independientes seguirn dominando el mercado debido a su bajo costo y facilidad de uso.