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¿'ar, ;2-s> 77-
.
TECNICAS DE ESCALAMIENTO APLICADAS
AL DISEÑO DE PROCESOS QUIMICOS
RAMON DE LA PEÑA MANRIQUE
MONTERREY, N. L, JULIO 1978
1
A. INTRODUCCION:
Una de las actividades principales de la ingeniería de pro
ceso es el dimensionalizar el equipo mayor involucrado en
el proceso. Equipo tal como: reactores químicos, colum-
nas de destilación, columnas de absorción, etc.
Para el dimensionamiento de ese equipo mayor se pueden uti
lizar dos métodos generales:
1 1. Selección y Diseño de Equipo. Este método incluye
la selección de equipo de fabricación estándar así
como aquel que se diseña en base a correlaciones,
ecuaciones de diseño, modelos, etc.
2. Escalamiento de datos piloto. Este método implica
dimensionalizar el equipo mediante el uso de ecua-
ciones de escala que resultan al comparar el siste
ma industrial y el sistema piloto.
Con el propósito de discutir los métodos o técnicas de escalamien
to mas usadas y su aplicación al diseño de procesos es que se po
ne a consideración este trabajo.
ri
B. ¿ QUE ES Y QUE NO ES EL ESCALAMIENTO ?
El Escalamiento es una técnica de diseño para definir un
sistema grande a partir de un sistema pequeño.
Es decir, de una planta piloto se obtienen los datos de di
seño necesarios, los cuales a través de una técnica adecua
da de escalamiento nos sirven para definir la planta indus
trial.
CPlanta Piloto Da::sde Escalamiento PlantaIndustrial
o bien de una planta industrial existente se obtienen da-
tos de diseño, los cuales usados con una técnica de escala
miento adecuada nos sirven para definir una planta indus-
trial de capacidad o tamaño diferente.
Datos de Escalamiento:ntadustrt
año
El Escalamiento no es un método de Simulacién, el Escala-
miento no predice: No contesta preguntas del tipo:
¿ Qué sucede si la razón de reflujo en la co-
lumna de destilación aumenta de 1.8 a 2.3 ?
o bien:
¿ Qué le sucede a la conversión del reactor si
la temperatura aumenta 50° ?
Para contestar ese tipo de preguntas se pueden seguir bá-
sicamente dos técnicas:
• Una técnica de Simulación: Que implica el uso de
modelos matemáticos que reproducen el comportamien
to del sistema.
• O bien hacer experimentación en un sistema similar
al sistema bajo estudio.
Esta experimentación se realiza en:
C. PLANTAS PILOTO
La planta piloto es un elemento necesario para poder hacer
el escalamiento.
La planta piloto es una unidadpequeña que involucra todos
los principales equipos del proceso industrial que se de-sean escalar.
Las plantas pilotos son usadas para obtener los datos de
diseño necesarios para definir la planta industrial y tam-
bién para probar la operabilidad de un proceso industrial
durante un largo tiempo.
3
Mucho se ha argumentado sobre las plantas piloto.
Por un lado se menciona:
• Retrasan la comercialización del proceso debido
al tiempo de su construcción y su operación.
Cuestan mucho dinero.
• La planta piloto como generadora de información
debe competir con:
Búsquedas bibliográficas que son mas bara-
tas.
• Con simulaciones del proceso que son mas
baratas.
• Con estudios a nivel de banco o laboratorio
• Y con pruebas cortas en plantas industriales.
Por otro lado se argumenta:
• Que las plantas piloto son necesarias para:
Estudiar los efectos de proceso a
largo plazo.
Por ejemplo el tiempo de vida de cata
lizadores, en reactores cataliticos.
Para determinar los factores relaciona
dos con la calidad del producto.
• Para obtener el producto necesario pa-
ra desarrollar un estudio de Mercado.
• Para estudiar problemas de escalamien-
to, por ejemplo el efecto de mezclado
en Reactores Químicos.
Para proporcionar una demostración con
vincente para los usuarios de la Tecno
logia.
5
Por otro lado se argumenta que:
• La razón de ser de las plantas industriales es
producir y no hacer en ellas campañas muy largas
de experimentación. A la larga se pierde tiempo
y dinero.
• Y que las plantas industriales no están (ni de-
ben) estar instrumentadas para obtener todos los
datos para hacer un buen análisis y diagnóstico
del experimento.
D. ¿ EN QUE SE BASA EL ESCALAMIENTO ?
El escalamiento se basa en el principio de similaridad que
establece que:
La configuración de un sistema físico está determinado
por relaciones entre magnitudes del sistema "
En un proceso químico esas relaciones entre magnitudes
son:
Proporciones geométricas
Gradientes de velocidad
Gradientes de temperatura
Gradientes de concentración
La aplicación del principio de similaridad implica lo si-
guiente:
Implica que el sistema industrial a, diseñar sea simi,l
al sistema piloto con el que se experirnentó Es decir
que los fenómenos que ocurran en el sistema piloto sean de
la misma magnitud aue en el sistema industriaL
Y ya en particular implica lo siguiente:
E. ¿ COMO SE APLICA EL PRINCIPIO DE SIMILARIDAD ?
Implica partir del sistema físico a estudiar
En este punto se pueden seguir dos caminos:
Por otro lado se pueden Por un lado se trata de
obtener las ecuaciones identificar los fenómenos
o modelos que reproducen que afectan al sistema
el comportamiento del
sistema para así
-..-----..-.--- 1
vi
UD Lt11f ios grupos
adimensionales que caracterizan
al sistema
1 para posteriormente
Eliminar los grupos
adimensionales que no
afectan
para así obtener
Ir Ecuaciones
de
Diseño
Con las cuales Estos grupos adimensionales
se pueden nos pueden servir para
obtener las relaciones de
escalamiento
o bien para
Obtener las co_çÇe, Obtener una correlación entre
relaciones de los grupos adimensionales.
Escalamiento Con la cual se puede tambión
obtener la relación de
Escalamiento
[s
Ahora bien, para obtener las relaciones de escalamiento se
usa la ecuación No. 1:
Ecuación Industrial
Ecuacion Ecuación (1)
Piloto
es decir que resulta de dividir la ecuación aplicada para
el sistema industrial por la misma ecuación pero ahora apli
cada al sistema piloto.
en donde:
la Ecuación => Es una Ecuación de
diseño o un grupo
adimensional o una
correlación
Mediante la ecuación anterior se pueden obtener las ecua-
ciones de escala o diseño para definir el sistema indus-trial.
F. ¿ CUALES SON LAS ECUACIONES DE ESCALA MAS USUALES ?
Dentro de las ecuaciones mas usuales de escalamiento se pue
den mencionar:
Ecuaciones de similaridad: Que resultan de la
igualdad de grupos adimensionales.
• Ecuaciones de extrapolación: Que resultan de la
igualdad de correlaciones.
• Ecuaciones de Diseño: Que resultan de la igualdad
de ecuaciones de diseño.
ri
• Las ecuaciones que resultan de la combinación
de ecuaciones de escalamiento con tócnicas de
diseño tradicional.
A continuación se verán algunos ejemplos de ecuaciones de
escala.
G. EJEMPLOS DE ECUACIONES DE ESCALA
1. En el caso de ecuaciones de similaridad:
En la siguiente tabla se ilustran algunos grupos
adimensionales típicos:
Fenómeno Grupósadimensiónales que afectan
Momentuin L 2
Calor 2
Conducción:
Convección Libre cf/ti- /89 4 TL 3 /
Convección Forzada -
A
Radiación /a
T7L '4
lo
Masa (Convección forzada) /ZrL /c
Reacción Quiinica
Calor RA ZrL )° 49TL)02
f,TptrT Á t&
Masa (Convección forzada) /
Momentimi L 7JJP
TQ-
Fe7 3 /r
u lo
/L(
Mediante estos grupos adimensionales se pueden obtener
diferentes ecuaciones de escala, dependiendo del fenó-
meno que afecte al equipo que se desee escalar. Por
ejemplo si afecta el fenómeno de Momentum, los grupos
adimensionales involucrados son:
Reynolds = (2)
Froude = (3)
Web e r = /0 wV17 •
(4)
y las ecuaciones de escala se obtienen igualando el:
No. de (Reynolds) del con el No. de Reynolds) del Sistema Sistema Piloto Industrial
(5)
11
Tal y como se muestra en las ecuaciones 6 y 7
Reynolds = 1
(6)
r ~,w ~ ¿ /11^ m =
1 (7)
Similarmente se pueden obtener las ecuaciones 8 y 9
igualando los números de Froude y de Weber
\2 \ \ A'?j = AL (8)
y ..51, f 17 L (9)
2. En el caso de ecuaciones de escala por extrapolación
Es necesario contar con relaciones del tipo mostrado
en la ecuación 10
(10)
donde se observa una correlación típica para el coefi-
ciente de pe1cula de transferencia de calor
La correlación anterior nos sirva para obtener ecua-
ciones de escala del tipo mostrado en la ecuación II
(
\k )
(11)
15
La cual relaciona el sistema piloto con el siste-
ma industrial.
3. En el caso de ecuaciones de escala obtenidas por
ecuaciones de diseño es necesario contar con ecua
ciones del tipo de la ecuación 12:
4= Ui; ATL (12)
la cual es la ecuación de diseño de un intercambia
dor de calor y nos sirve para obtener ecuaciones de
escala del tipo mostrado en la ecuación 13;
\U\\ATmL (13)
A continuación se ilustrarán los mótodos mas usados en
el escalamiento, empezando por el escalamiento por si-
milaridad.
H. ESCALAMIENTO POR SIMILARIDAD
Para ejemplificar este tipo de mótodo se tomará el caso del
escalamiento de un reactor tubular. Para lograr este esca-
lamiento se sigue el siguiente procedimiento:
1. Primero obtener la ecuación general de escalamiento.
Para ésto sabemos que los fenómenos que afectan a
un sistema reactivo son los siguientes:
Momentum
Calor
Masa
13
Por lo tanto los grupos adimensionales involucra-
dos en el sistema reactivo son los que describen
los fenómenos de momentum, calor y masa con reac-
ción química: es decir; los mostrados en la ecua
ción 14.
PL f(1/lin Iv ,.g4TL 3JO2 ,PpZP ,M ir) re 73 / 9,o 1
(14)
donde:
RA = Velocidad de Reacción
L = Longitud característica
CA = Concentración
V = Velocidad
A HR = Calor de Reacción
/111 Densidad
C = p
Capacidad Calorífica
T = Temperatura
Ta = Temperatura de absorción de la radiación
Tr = Temperatura de radiación
= Viscosidad
k = Conductividad Térmica
/3 = Coeficiente de expansión volumétrico
g = Acelaración de la gravedad
= Coeficiente de tensión superficial
e = Emisividad
D Coeficiente de difusividad
= Calor perdido o ganado por el reactor hacia los alrededores.
14
El primer grupo adimensional es el grupo de reacción
química, el segundo es el de producción de calor,
el tercero es el Número de Prandtl, el cuarto es
el Número de Reynolds, el quinto es el Número de
Grashoff, el sexto es el Número de Thring, el sépti-
mo es el Número de Radiación, el Octavo es el número
de Schmidt y el último es el Número que involucra las
pórdidas de calor hacia los alrededores.
Todos ellos caracterizan un reactor químico.
Una vez que se tiene la ecuación general de escalamien
to conviene simplificarla.
2. Simplificaciones:
Ya en particular para un sistema reactivo se pueden
hacer las siguientes simplificaciones:
Primero considerar que la convección na-
tural es despreciable.
Esta simplificación elimina el Número de
Grashoff de la ecuación general de escala
miento.
Segundo se puede considerar que las pro-
piedades físicas y termodinámicas tienen
el mismo valor en el sistema piloto y en
el sistema industrial.
Esta simplificación elimina los Números de
Prandtl y de Schrnidt.
Tercero se puede considerar que dentro del
reactor el efecto de la radiación es despre
ciabie.
Esta simplificación elimina los grupos adi-
mensionales de radiación y de Thring
Incorporando las simplificaciones anteriores en la
ecuación general de escalamiento, ésta se reduce a
la mostrada en la ecuación 15 que ahora solo invo-
lucra a los grupos adimensionales de reacción qui-
mica, producción de calor, de Reynolds y de pérdi-
das de calor hacia los alrededores.
R L / eA , = IeÑ /cA z ¡ ( j1 //D CVe r L V1-014oc4 / A A continuación discutiremos algunas. (15)
3. Reglas generales para el Escalamiento de
Reactores Químicos.
En ambos reactores:
Las concentraciones iniciales o a la en-
trada del reactor deben de ser iguales:
s O
C. = (. (16)
En ambos reactores la calidad del producto
debe de ser la misma:
'>' e.= i (17)
En ambos reactores la temperatura de opera-
ción (constante o variable) debe de ser la
misma:
15
(18)
16
d. En ambos reactores la velocidad de reacción
debe de ser la misma
R1 (19)
Para el caso de un sistema homogóneo: La velocidad
de reacción es función de temperatura y concentra-
ción, por lo tanto la igualdad de velocidades de
reacción implica una igualdad de temperaturas y con
centraciones.
te Para el caso de un sistema heterogóneo Sólido-Gas:
Se pueden tener los siguientes pasos controlantes:
• Primero un Control de Reacción Química: Para
este caso la igualdad de velocidades de reac-
ción implica una igualdad de temperaturas y
concentraciones.
• Segundo un Control de Transferencia de Masa
Interfacial: Para este caso la velocidad de
reacción (que es la velocidad de transferencia
de masa) es función de concentración, del Nú-
mero de Reynolds, del diámetro de la partícu-
la y de las propiedades físicas y termodiná-
micas de las substancias involucradas. Por lo
tanto, la igualdad de velocidades de reacción
implica:
CI Igualdad de Concentraciones (20)
Igualdad de No. de Reynolds (21)
Igualdad de diámetros de part. (22)
17
e igualdad de propiedades físicas y termodiná
micas.
Tercero, se puede tener Control de Transferen-
cia de Masa Interior: Para este caso la velo-
cidad de reacción (que es la velocidad de difu
sión interior) es función de la temperatura, la
concentración y el factor de efectividad. El
factor de efectividad depende de las caracterís
ticas geométricas de la partícula sólida.
Por lo tanto, la igualdad de velocidades de
reacción implica:
igualdad de temperaturas (23)
"'~ C ~ = 1 igualdad de concentraciones (24)
e igualdad de partículas sólidas (25)
La última igualdad implica usar en el reactor
piloto partículas de sólido iguales a las que
tendrá el reactor industrial o viceversa.
e. Cuarto, las propiedades físicas y termodiná-
micas, deben de ser iguales:
Es decir tener:
f = 1 Igualdad de f (densidades) (26)
/I`1 =t Igualdad de viscosidades (27)
Igualdad de capacidad calorífica (28)
yen general : igualdad de algunas prop. físicas j.
(29)
• Y por último las No-Idealidades en el reactor
deben de cumplir con la ecuación 30, es decir
que las No-Idealidades en el reactor industrial
deben de ser menores o a lo mas iguales que las
que se tienen en el sistema piloto.
No-Idealidades ±
(30)
4. Escalamiento de un Reactor Tubular
> En el sistema piloto
En el sistema industrial
se deben de conocer: sp dehe de rnnocr
Los grupos adimensionales que se usan para el esca-
lamiento son:
c•
1 1 /
¿H,c!4 ¿-?Jp 6HpÑ?T
.\
T
L
Q q
19
El escalamiento o solución implica los siguientes
pasos:
a. Primero, obtener las ecuaciones de escala
• A partir del grupo de reacción quimica:
se obtiene la Ecuación
31 que relaciona RA, 9 , CA
\CA (31)
como las R son iguales asi como las con
centraciones la ecuación de escala se re
duce a la ecuación 32 que implica una igual
dad de entre el sistema piloto y el sis tema industrial:
\>,a = 1 (32)
Ahora bien, como es posible
obtener la Ecuación 33.
lQ= Xv >L (33)
de la cual se obtiene el factor de escala
miento para las dimensiones del reactor;
Ecuación 34.
1
\2\ = \t (34)
• A partir del Grupo de Calor de Reacción
se obtiene que las temperaturas deben de
ser iguales, por cierto
esta igualdad es necesaria para que las
velocidades de reácción sean iguales a
partir del Número de Reynolds se puede ob
tener la Ecuación 35 que relaciona la ion
gitud característica con la velocidad, la
densidad y la viscosidad.
(35)
La cual se reduce a la Ecuación (36) al
considerar que las propiedades físicas en-
tre el sistema piloto y el sistema e indus
trial son iguales
o biena (36)
Como se podrá observar este resultado es
incompatible con el del Grupo de Reacción
Química (Ecn.34) lo que hace necesario usar
la Ecuación 38.
\ 111
(38)
es decir se toma como válido el resultado
de la igualdad de tiempos de residencia,
lo que hace que el Número de Reynolds del
sistema industrial sea mayor que el del
sistema piloto tal y como lo muestra la
20
21
Ecuación 39.
\2 '>'R= L (39)
disminuyéndose, por lo tanto, las No-Idea
lidades en el reactor industral.
• Del grupo de pérdidas de calor se obtie-
ne la Ecuación (40) que nos permite esca
lar las pérdidas de calor
(40)
• Y del escalamiento geométrico: Es posible
obtener la ecuación de escala para las di-
mensiones del reactor, Ecn. 41.
magnitudes (41)
Y en resumen los resultados obtenidos son:
Igualdad de tieos de residencia: (42)
Factor de escala (43)
Igualdad de teeratura T (44)
No. de Reyno1ds (45)
Escalamiento Geométrico \maitudes =L (46)
Pérdidas de Calor L (47)
No-Idealidades No-Idealidades (1.0 (48)
A continuación se ejemplificará el
ESCALAMIENTO DE UN REACTOR TUBULAR
Para ósto supondremos que:
Se tiene una unidad de pirolisis de petróleo que consiste
de dos secciones en serie. La primera consiste de 68 tu-
bos de 3 pulgadas de diámetro interno y 30 pies de longi-tud y la segunda consiste de 78 tubos de 4 pulgadas de diá
metro interno y 30 pies de longitud:
la. SECCION 2a. SECCION
Se alimentan a la unidad 3000 barriles/día de petróleo a
una temperatura de 300°F.
Se desea construir un modelo del reactor industrial que
maneje 10 barriles/día y que sea capaz de reproducir el
comportamiento del reactor industrial.
22
Como posible solución supondremos que el modelo consistirá,
23
de un solo tubo pero de dos diámetros diferentes D 1 y D 2 pero de igual longitud L
L L
10 Barriles/día
Las incógnitas son pues: Diámetro 1 , Diámetro 2 y Longitud.
Para este caso y de acuerdo a lo visto anteriormente, las
ecuaciones de escala son:
1 . La primera se obtiene a través de la igualdad de tiempos
de residencia que a su vez implica que la relación de flu jos promedio en el reactor es igual a la relación de volú-
menes, tal y como se muestra en la Ecn. (49)
1 6 \Q V (49)
2. La segunda ecuación de escala se obtiene a través de la re
lación en los flujos de alimentación, la cual viene expre-sada por la Ecuación 50.
\ wo = 10 = o
3000 Q (50)
pero la relci6n de flujos de alimentación y la rela- ción de flujos promedio X Q serán iguales entre si solo cuando las temperaturas y las presiones sean iguales en pun
tos geométricamente equivalentes en ambos reactores.
24
La igualdad de temperaturas = 1) es posible lograrla
mediante un buen diseño o escalamiento del equipo de trans
ferencia de calor.
La igualdad de presiones (X = 1), solo se puede lograr
si la caída de presión () entre puntos geomótricamente
equivalentes, en ambos reactores, sea igual a uno = 1).
3. Lo cual nos conduce a la tercera ecuación de escala que re-
sulta de la igualdad de caída de presión, tal y como se mues tra er la Ecuación 51.
\)\= 1 (51)
Usando un modelo acecuado para la caída de presión en un
tubo, por ejemplo el mostrado en la Ecuación 52.
áP = 4 f L 2 DI
= 32fLC4J 2 (52)
que involucra a:
f = Factor de fricción
L = Longitud del Reactor
/ = Densidad
(V)= Velocidad promedio
D = Diámetro de tubería
Usando otro modelo adecuado para el factor de fricción f,
por ejemplo el mostrado en la Ecuación 53 que involucra el
No, de Reynolds, el cual está definido en la Ecuación 54.
f = 0,0791 (Ecuación de Blasius) (-53) O.25
e.
25
R=D ¿v>f = 40) (54) 7ct-.'
/4 = Viscosidad W = Flujo másico/Tubo
es posible obtener la Ecuación de Escalamiento. Por ejem-
plo usando el modelo para la caída de presión, Ecn. 52 se
puede obtener la relación de caídas de presión entre
el sistema piloto y el sistema industrial. Esta relación está expresasa en la Ecn. 55
= 1 = \ f \ LGu2 (55)
Usando el modelo para el factor de fricción se puede obtener
la Ecn. 56 la cual relaciona el factor de fricción f con el No. de Re.
Y \f =
'R -0.25 (56)
e
= e _____ (57) >\D
Combinando las ecuaciones de escala para caída de presión con la del factor de fricción (56) y la del No. de Reynolds (57) se obtiene la ecuación de escala (58) que nos garantiza
la igualdad de caída de presión.
\ 1.75 =\ 4.75 D (58)
26
¿ COMO SOLUCIONO EL PROBLEMA ?
Primero se necesita suponer una relación entre los diá-
metros D 1 y D 2 .
Por ejemplo se puede suponer que:
/ Area de la nrimera serri?in W 1 Ares de la seiinda ser.
ción deben ser iguales.
(59)
Esta relación sería entre el área del sistema piloto y el
área del sistema industrial, el objetivo de la Ecn. 59 es
el mantener la misma área de flujo, proporcionalmente ha-
blando desde luego, entre el sistema piloto y el sistema
industrial.
La anterior relación nos lleva a la ecuación 60.
172 17 2 D 1 4 = (60)
68 x 17(3)2
78 x 17 (4)2
4 4
La cual al simplificarse se transforma en la relación entre
los diámetros D 1 y D 2 mostrada en la ecuación 61
(_D1 = 0.7 D2 ) ( 61)
El segundo paso de la solución implica combinar las ecua-
ciones de escala.
Es decir combinar la ecuación que resultó de la igualdad
de caída de preción, ecuación 62.
\ \.r D 4.75
6 L x10 1.75 (Di
4.75
t,3000/68_J L 3)
6 18D1 (62)
La cual relaciona la longitud del reactor con el diámetro
del reactor. Esta ecuación se combina con la ecuación
de escala que resultó al relacionar los diámetros D 1 y Ecuación 63.
D 1 = 0,7
(63)
Las ecuaciones 62 y 63 se deben de combinar con la que re-
sulta de igualar los tiempos de residencia: Ecuación 64.
y =\ lo (64) Q Qo 3000
ó 10 = Volumen del Reactor Piloto 3000 Vo lumen del Reactor tnustr ial
27
la cual se puede simplificar a la Ecuación 65.
Ti' D 1 2 (L) + /7D2 2 (L)
6 10 - 4 4 3000 -
68x 7 (3) 2 x30+ 78x17(4) 2 x30 4:
o
D1 2 + D 2 2 L = 186 (65)
que relaciona los diámetros Di y D 2 con la longitud del
reactor L. al combinarse todas las ecuaciones anteriores
se obtienen los resultados siguientes:
Longitud = 22.75 pies
D 1 = 1.64 pulgadas
D 2 = 2.34 pulgadas
A continuación nos preguntamos:
BUENO, ¿ NOS GUSTA ESTE DSEO ?
Una posible respuesta puede ser:
Aparentemente el reactor está muy largo.
Si es así, entonces:
¿ QUE PODEMOS NACER ?
Una segunda solución sería:
Aumentar el ntímero de tubos.
Lo cual nos conduce a la Solución 2.
Para esta segunda solución se supondrá que el modelo con-
siste de 10 tubos en cada una de las secciones.
29
No
10 Barriles/día
di diámetro = D2
Para solucionar el problema se puede seguir el siguiente
procedimiento, igual al seguido en el reactor anterior.
Primero suponer una relación entre D 1 y D 2
por ejemplo: D 1 = 0.7 D 2 (66)
Segundo, combinar las ecuaciones de escala: que resultan de:
a, Primero, la igualdad de caída de presi6n Ecn. 67.
L = 122.71 D 1 475
(67)
Segundo, la reacci6n entre Di y D
2 Ecn. 68
D 1 = 0.7
(68)
Y, tercero, la igualdad de tiempos de residencia Ecn. 69
(D 1 2 + D 2 2 ) L = 18.6 (69)
para obtener un reactor cuya:
L = 14,88 pies
= 0.64 pulgadas
D = 0.92 pulgadas 2
y tiene 10 tubos por sección
Y nos volvemos a preguntar
NY
¿ NOS GUSTA ESTE DISEÑO ?
31
1. ¿ QUE IMPLICA EL ESCALAMIENTO QUE COMBINA TECNICAS
DE ESCALAMIENTO CON DISEÑO TRADICIONAL ?
Para ejemplificar este tipo de método se tomará el caso del
escalamiento de sistemas de tuberías.
Para estos sistemas es posible calcular mediante ecuacio-
nes y correlaciones la caída de presión para tuberías, vál
vulas, codos, etc., con bastante precisión, sin embargo,
se presentan los siguientes problemas en los siguientes ca-
sos.
En sistemas de forma irregular.
En sistemas que manejan suspensiones (sólido-
líquido)
Y en sistemas que manejan fluidos No-newtonianos.
El método se aplicará a sistemas que manejan suspensiones
sólido-líquido.
Las correlaciones reportadas para el bombeo de suspensio-
nes se muestran en las Ecuaciones 70 y 71
¡zT (/)O.7?5
Vc /
(70)
(9cLV' /5 \
zJ /Q Z
0 . 75
9cr 7 )
(71)
32
La primera relaciona un número de Froude modificado con el
número de Reynolds, esta correlación servirá para evaluar
la velocidad con la que la suspensión debe pasar por la tu
bería.
La segunda relaciona 77 con dos números de Froude modifica dos, el primero elevado a la 1.5 involucra la velocidad de
operación, el segundo elevado a la 0.75 involucra la veloci
dad de asentamiento u.
donde:
ZT = Velocidad mínima o estándar
d = Diámetro de la tubería
6 = Diámetro de la partícula
= Densidad del líquido
p= cV+/
C = Fracción volumétrica de sólidos
(72)
= /'sólido -r r = Viscosidad del líquido
= (ip '/p)-i
Lb' Caída de presión/unidad de longitud para la suspensión.
= Caída de presión/unidad de longitud
para el líquido.
a = Velocidad de asentamiento del sólido
En esta correlación 2') representa la relación entre la ca da de presiónp' cuando a través del sistema pasa la sus-
33
pensión, y la caída de presión AP
Cuando a través del mismo sistema solamente pasa líquido.
Esto se muestra en la Ecn. 72.
Si consideramos que entre el sistema piloto y el sistema
industrial las densidades son iguales, Ecn. 73.
Que los diámetros de partícula son iguales, Ecn. 74.
Que las/ sólido son iguales, Ecn. 75.
Que las fracciones volumétricas de sólidos son iguales,
Ecn. 76.
/ Que las densidades modificadas/son iguales, Bcn. 77.
Que las viscosidades son iguales, Ecn. 78.
Y que las velocidades de asentamiento del sólido son igua-
les, Ecn. 79.
= 1.0 (73) \\
= 1.0 (74)
sólido = 1 (75)
/
ç = 1.0 (76)
\ 1
= 1.0 (77)
= 1.0 (78)
= 1 .0 (79)
34
Es posible entonces obtener las siguientes ecuaciones de
escala para la velocidad, Ecn. 80.
Q.c,32.
= (80)
y para la relación entre las caídas de presión, Ecn. 81 6
82.
(81)
si se combinan ambas ecuaciones se obtiene:
\ \~~j -0.396 (82)
En ambos casos, para evaluar la velocidad 2f'o la relación de caídas de presión 7 , solamente se necesita conocer la
relación entre los diámetros.
La planta piloto puede ser una instalación sencilla que per
mita calcular la relación de caídas de presión?).
Para diseñar el sistema industrial se usa la Ecuación de
Bernoulli que es el Balance de Energía mecánica.
Y ya en concreto la metodología de solución implica lo si-
guiente:
1. Primero, hacer experimentos a nivel piloto para obtener.
El sistema piloto en este caso es un tubo por el que prime
ro se hace pasar la suspensión, después se hace pasar el lí
quido para de esa manera poder calcular la relación en caí
das de presión
35
Este valor es válido para un flujo de líquido, para una da-
da relación entre el flujo de sólido y el flujo líquido(r)
y un cierto diámetro de tubería (d)
2. Segundo, se obtiene el diámetro de la tubería en el siste-
ma industrial, partiendo de la definición de flujo, el cual
es igual al producto de la densidad por la velocidad y por
el área de flujo, la cual se transforma en la Ecn. 83
Flujo = 0'
(Oz2
\ 2 > J (83)
o tambión en la Ecuación 84
= Ç\ Flujos
038
(84)
o tambión en la Ecuación 85
Industrial loto(\ Fluj o
(85)
y por medio de esta última ecuación se puede evaluar el diá
metro de la tubería en el sistema industrial, conociendo
el diámetro de la tubería del sistema piloto y la relación
entre los flujos
3. Tercero, se calcula la relación entre caídas de presión
para el sistema industrial
Para ósto se parte de la ecuación 86 6 87
- 0.15
= (Flujos (86)
=Piloto Ç\ Flujos (87) Industrial
para obtener la relación entre caídas de presión >7 cono-
ciendo la relación entre caídas de presión ?' para el sis
tema piloto y la relación de los flujos.
, Y por último se aplica la Ecuación de Bernoulli para eva-
luar la caída de presión en el sistema industrial cuando
a través de la tubería pasa solamente líquido L JP. Combi-nando este valor con el valor de obtenido en el punto
anterior se puede calcular la caída de presión mediante la
Ecn. 88 cuando pasa la suspensión a través de la tubería.
(88)
Así pues observamos como se pueden combinar las técnicas de
escalamiento con las técnicas de diseño tradicionales.
Vemos que con la iformación del sistema piloto y las ecua-
ciones de escala es posible obtener el diámetro de la tube
ría y la reación entre presiones
Vemos que con la Ecuación de Bernoulli es posible calcular
la caída de presión cuando por el sistema pasa solamen-
te líquido, es decir, un sistema homogéneo fácilmente calcu
lable,
36
37
Vemos que combinando este valor con el valor calculado de 77 se puede calcular la caída de presión que se tiene en el
sistema industrial cuando por la tubería pasa la suspensión.
J. ESCALAMIENTO DE TORRES EMPACADAS
Por último se ejemplificará una metodología para escalar
torres empacadas.
La metodología que a continuación se discute aplica a co-
lumnas de absorción empacadas y columnas de destilación tam
bión empacadas.
Las correlaciones que pueden ser utilizadas para el escala-
miento de torres empacadas son las siguientes:
Primero, la velocidad de inundación: Es decir la veloci-
dad máxima del gas arriba de la cual se inhibe el flujo a
contracorriente.
Para sistemas homólogos cuya relación de velocidad másica
del líquido a velocidad másica del gas o vapor sea constan
te, la correlación para la velocidad de inundación indica
que ésta, es proporcional al diámetro del empacado tal y co
mo se muestra en la Ecuación 89
2/ = cre. (89)
con la cual se puede obtener la ecuación de escala No. 90
1/
(90)
La segunda correlación está relacionada con la caída de pre
38
sión en la torre empacada.
En este caso las correlaciones que se pueden usar para el
escalamiento de la caída de presión son las mostradas en
las ecuaciones 91 y 92 que aplican respectivamente para re
gimen turbulento y regimen laminar y mediante las cuales
se puede calcular la caída de presión a través de la torre
empacada:
Regimen Turbulento
o' \\ 7 I-iç (91) /
Regimen Laminar
Po( C-1 A/ 2 o' (92)
3, La tercera correlación está relacionada con la altura del
empacado o con la altura de una unidad de transferencia.
Para destilación la altura de una unidad de transferen-
cia es proporcional al diámetro del empacado.
HErp (93)
Para absorción la altura de una unidad de transferen-
cia es proporcional al diámetro del empacado elevado
a la 1/2 cuando se tiene control del coeficiente de pe
lícula de transferencia de masa lado líquido.
¡y eTIP \ O'S (94)
39
Y es proporcional al diámetro del empacado elevado a
la 1.5 cuando se tiene control del coeficiente de pe-
lícula de transferencia de masa lado gas.
\
'H€rp- ,\ c)
(95)
4. La cuarta correlación está relacionada con el número de
unidades de transferencia en la columna empacada.
Para sistemas homólogos en los cuales: las velocidades má-
sicas del líquido (L) y del gas (G) son proporcionadas al
diámetro del empaco elevado a la un medio.
¿o( o( (96)
o,
(97)
El número de unidades de transferencia serán iguales en el
sistema piloto y en el sistema industrial tal y como se mues tra en la Ecn. 98
/ No. de Unidades de Transferencia = 1 (98)
S. Por último existen ciertas reglas empíricas que conviene
mencionar:
a, Se recomienda operar ambos sistemas al mismo porcenta-
je de la velocidad de inundación; es decir:
Velocidad del gas = (X porciento)LF1 C99)
luel
6 (lOO)
Lo cual nos conduce a la Ecn. 101.
\v<~ (101)
que nos relaciona la velocidad de operación con el diá-
metro del empacado.
Segundo, se recomienda que el diámetro de la columna
piloto debe de ser mayor de ocho veces que el diámetro del empacado.
Tercero, se recomienda que en el escalamiento del diá-
metro del empacado, éste debe de cumplir con la res-tricción mostrada en la Ecn. 102.
(102)
Es decir, el diámetro del empacado en el sistema indus-
trial podrá ser, a lo más, 3 veces mayor que el diámetro
del empacado del sistema piloto.
Cuarto, se recomienda el diámetro del empacado en la co
lumna piloto debe de ser mayor de media pulgada.
Quinto, se recomienda que el empacado debe de estar ade
cuadamente mojado tanto en el sistema piloto como en el
sistema industrial, Lo que implica que ambos sistemas
deben de operar arriba de la velocidad lTlínima de mojado.
41
El escalamiento de las torres empacadas se puede realizar
a través de dos métodos:
METODO 1: En ambos sistemas se usa el mismo tipo y el
mismo tamaño de empacado ().%d = 1), es decir
la relación de diámetros de partícula es igual
al.
Para este caso las ecuaciones de escalamiento
se reducen a:
Igualdad de velocidades de inundación, Ecn. 103
= 1 (103)
Igualdad de alturas de unidades de transferencia,
Ecn. 104
1\ HETP = 1 (104)
Igualdad en el número de unidades de transferen-
cia Ecn. 105
/ No. de Unidades de Transferencia á = 1 (105)NTU
Igualdad de velocidades másicas del líquido,
Ecn. 106
(106)
Igualdad de velocidades másicas del gas, Ecn. 107
= (107)
42
Igualdad de velocidades de operación, Ecn. 108
\vg = 1 (108)
Igualdad de cardas de presión
`›, ti p =
1 (109)
Y por último igualdad en la altura de la colum-
na, Ecn. 111.
Como la altura de la torre empacada () es
igual a:
Z = (HETP) NTU (110)
entonces
z = HETP NTU = 1.0 (111)
Por lo tanto el escalamiento de las torres empa-
cadas es en base exclusivamente del diámetro de
la torre (Dr); es decir:
EL SISTEMA PILOTO TENDRA LA MISMA ALTURA QUE EL SISTEMA
INDUSTRIAL PERO DIFERENTE DIAMETRO
43
este último se calcula a partir de la ecuación
112, que resulta ser la definición de flujo má
sico mediante la cual se obtiene la Ecn. 115
que relaciona el diámetro de la torre con los
flujos de alimentación y con ella se calcula el
diámetro de la torre empacada.
= F . =\ F
1 Vg DT2 Flujos alimentación
(112)
como fg = 1 (113)
y
= 1 (114)
\F1/) (115)
F donde >F dato = sistema industrial Fsistema piloto
Cabe hacer notar que la ecuación anterior ga-
rantiza también la igualdad de tiempos de re-
sidencia del gas y del líquido dentro de la to
rre empacada tal y como se muestra en la Ecn. 116
\VOL.
\\ 1--
Iz
(116)
44
Por último veremos el caso en el cual se usa diferente ti-
po y/o tamaño de empacado.
Para este caso las ecuaciones de escalamiento involucran
solamente a los diámetros del empacado, ésto se muestra
en las ecuaciones 117 a 124.
\ h z
' t4
TO= (119)
(120)
/ (121)
(122)
\= )\d) (123)
(124)
Y en resumen el escalamiento implica lo siguiente:
Primero, fijar la relación entre los flujos de alimenta-
ción
Flujos =c por Ejemplo: 0(11 = 10
Segundo, fijar la relación entre los diámetros del empaca-
do
1\ d = 2 ; por Ejemplo:
2 = 2
Tercero, fijar N, es decir fijar el tipo de operación ciue
se realiza en la cama empacada por Ejemplo:
N = 1 (destilación)
Cuarto, calcular la altura de la torre Z. Para este caso
la altura de la torre industrial es igual a 2 veces la al-
tura de la torre piloto.
Quinto, calcular el diámetro de la torre mediante la Ecua-
ción 125 o 126.
F =\\5\12 (125)
45
10 = 1 x bT
(126)
T
(
lo
21I2 = 2.
(127)
para obtener que el diámetro de la torre industrial es
igual a 2.66 veces el diámetro de la torre piloto tal y
como se muestra en la Ecn. 128.
DTlndustrial 2.66 DT (128)
Cabe hacer notar que las ecuaciones anteriores implican
que el tiempo de residencia del gas y del liquido sean ma
yores en el sistema industrial lo cual desde el punto de
vista de la transferencia de masa es benéfico.
DT
F (129)
Y nor último la caida de nresión (sunoniendo regimen tur-
bulento) es también menor en el sistema industrial tal y
como se muestra en la Ecuación 131.
\ .gç /ss C
(130)
\, , ~ = (3. a C,
46
-. ... . CO1ENTARIOS DEL. INGENIERO ABEL JAIME NAVARRO
• ...............-.. .-. . --.. . .,.. . . . - ..... .. . . ..-..,---.. . ......... .,..
En la etapa actual de desarrollo económico de IéXÍCO se
requiere cumplir algunos objetivos que camhiarn la es-
tructura industrial de nuestro pais. El primer objetivo
es referente a la producción de bienes de capital desti-
nado fundamentalmente a la producción petrolera y petro-
quíuica, a la generación y transformación de energía
eléctrica, a la producción de acero y la producción de
alimentos. El segundo objetivo apoya a las inversiones
para el desarrollo de los yacimientos petroleros. De
acuerdo con las especificaciones actuales de Petroleos
Mexicanos se requieren alrededor de dos millones horas/
hombres ingeniero para el diseño de las plantas e insta--
laciones que se requieren hasta el año 1902.
Por estas razones el trabajo del Ingeniero de la Peña re-
sulta muy interesante para elaboración de los proyectos
de diseño e ingeniería y que será la base fundamental a-
ra el logro de los dos objetivos antés mencionados.
El desarrollo de este neuvo método para escalamiento re-
dundará en un gran beneficio a nivel nacional en el can-
o de la ingeniería de proyectos.
CENT1RIOS Dli INGENILID ALFONSO EERL SZHAGUN
SRES. , PRESIDENTE Y SECETARIO'DEfJA
ACADEMIA 'EXICAA DE INGEÑLEIA'. •
SEORES ACADEMICOS
DISTINGUIDOS ASISTENTES A ESTA CEREMONIA
Me es grato sustituir al ingeniero Alfonso Bernal Sahagún
quien ha , sido designado por la Coordinación de la Comisión
de Inyeniería Química para cumplir la misión de presentar
ante esta Academia al señor Maestro en Ingeniería Química,
Ramón de la Peña Manrique.
El curriculum vitae del Maestro de la Peña hace patente
que a pesar de su juventud ha realizado una actividad plena
y fructífera en el campo de la Ingeniería Química, rama que
por otra parte, es factor importante en el desarrollo eco-
nómico y social de nuestro País.
El Maestro de la Peña, actual director del Departamento de
Ingeniería Química del Instituto Tecnológico y de Estudios
Superiores de Monterrey es egresado del mismo, del que re-
cibió el título de la licenciatura en Ingeniería Química
en 1966 y de la Universidad de Wisconsin en donde graduá de
Maestro en 1968.
Su actividad ha sido centrada de manera permanente y exito-
sa en los campos més representativos de la rama profesional
a la cjue pertenece.
Desde 1968 a la fecha ha impartIdo el la Institución que lo
fornió profecionalmente, entre otros, los siguientes cursos:
"Proyectos de Plantas Químicas", 'Diseño de Reactores",
'Operaciones Unitarias", "Termodinémica de Ingeniería Quí-
mica", "Técnicas de Escalamiento en Ingeniería Química " ,
"Síntesis en Sistemas de Procesos".
Ha hecho trabajos de investigación relacionados con temas de
ingeniería y con el propósito de lograr la explotación de re-
cursos propios de la región en la cue trabaja, como es el caso
de la 'Obtención de hule a partir del guayule".
• . . ... ., . .. •. . - 2. . .•,• ....., •.
• _ -r....t/_.r... .; •_._..; •...••. •- ••-• • -' • •. .. ••• - . .-.•..... - , -.."..s'
Su inquietud intelectual ysu deseo de superación lo han
hecho incursionar en campos de especialización, todos re-
lacionados con la ingeniería química.
Tiene entre sus publicaciones las siguientes:
Análisis Ingenieril de los Procesos Químicos, próximo a
ser editado por la empresa Limusa.
An.1isis de Ingeniería de los Reactores Químicos, Crea-
ción de Procesos Químicos e Ingeniería de Sistemas, edi-
tados los tres por el Instituto Ilexicano de Ingenieros
Químicos y el Comité Editorial de la Revista Latinoameri-
cana de Química e Ingeniería Química.
El alto grado de preparación de su dedicación profecional
le han permitido obtener tres patentes en los Estados Uni-
dos de Norteamérica como co-inventor, las cuales han sido
extendidas y aceptadas por otros seis paises.
Tramita en la acutalidad otras dos patentes internaciona-
les mss.
A la Fecha ha impartido en ocho instituciones de cultura
superior de México, quince conferencias sobre temas exclu
sivos de su especialidad y en cinco reuniones nacionales
e internacionales de especialistas ha presentado otros tan-
tos trabajos relacionados con la Educación, con el Análisis
de Sistemas Comple.j.os de Reacción Por Computadora y con los
Métodos de Escalamiento y su aplicación a la Síntesis de
Procesos, tema este ultimo que ha tomado como base de su
trabajo de admisión a nuestra academia y el que se pasa a
comentar.
La presentación que a continuación vamos a escuchar del Ma-
estro de la Peña, se refiere a un tema de importancia téc-
nica y económica, estructurado de manera didéctica y armó-
nica que ilustra, dentro de las limitaciones de tiempo que
se tienen, sobre lo que es esta rama del ejercicio profesio-
nal.
-3--.
3 . • :t•;..?b •.. ..4 1 • -';. . . t - t4- '-. • . * t,.' .
Senal €.l autor ud rraajo que una cte las actividades
rns importantes de la Ingeniería de Proceso es la de
determinar las dimensiones del equipo mayor y por tanto
regulador de las características de una instalación in-
dustrial y que ella puede ser realizada por selección
y diseño o por escalamiento de datos piloto.
Estando de acuerdo en la importancia que tiene la acti-
vidad señalada por las implicaciones económicas y tcni-
cas que lleva implícitas y adentrndose uno en el enfo-
que del estudio presentado, queda aclarado ampliamente
lo que es y lo que no es el escalamiento, sus perspecti-
vas y sus limitaciones.
El trabajo advierte que el escalamiento no es un método
de simulación; que sin plantas piloto no es posible ha-
cer escalaminto, a menos que una planta industrial ya
funcionando, pudiera ser usada corno planta piloto, cosa
que por otra parte, no siempre es posible ni económico.
Sin aferrarse a plantemientos únicos o exclusivistas, en
el trabajo se manifiesta que las plantas piloto tienen
desventajas que a juicio de quien lo cornénta, casi siem-
pre son superadas por las ventajas que su uso entraña en
el diseño de procesos.
En la sección D del trabajo escrito se señalan las bases
del escalamiento que no son otras que las del Principio
de Similaridad que establece que el sistema industrial a
diseñar, sea similar al sistema piloto con el que se ex-
perimentó y que por tanto los fenómenos que ocurran en el
sistema piloto sean de la misma magnitud que en el sistema
industrial.
El trabajo aclara ademas la manera como se aplica el prin-
cipio anteriormente citado y conduce a las ecuaciones que
son producto de las variables que estan implicadas en el
proceso a diseñar.
-
Las secciones del trabajo de la E y de la 11 revelan,
mediante principios relaciones matemáticas, los fun-
darnentos y trascendencia del método comentado que sin
ser lo suficientemente amplio, aclara con precisi6n su
alcance y las posibilidades de aplicaci6n.
Por ú1imo, el trabajo tratando de ilustrar el método
propuesto y comentado, aplica los principios del mismo,
al diseño de las tuberías y al de torres empacadas lo
que lo redondea plenamente.
El síntesis, se puede afirmar que el trabajo que el
Maestro de la Peña i4anrique ha escogido para presentar-
se ante esta Academia representa un esfuerzo integrado
y claro por dar a conocer tan importante capo de la
Ingeniería Química.
1
La industria química por su dinamismo se ha convertido
en uno de los sectores industriales mas importantes del
país.
AquelTas industrias jaboneras de principios de siglo, de
papel, de sosa cáustica, modestas por su tamaño y su tec
nología, se transformaron en la industria química moder-
na.
Las industrias crecieror en tamaño y eficiencia, mejora-
ron su ..tecnología, se multiplicaron en número y se trans
formaron en procesos tecnológicos cada vez mejores.
Para sostener este tipo de crecimiento y transformación
es necesario contar cada vez con mejores tecnologías, tec
nologías mas eficientes, tecnologías que permitan un apro
vechamiento mas integral de nuestros recursos y que al
mismo tiempo contribuyan a la satisfacción de las necesi
dades primarias de nuestra sociedad.
Alguien ha dicho que se debe dejar que todo cambie para
que todo siga igual, si queremos que la industria química
continúe creciendo, si queremos que mejore su eficiencia,
si queremos que tenga mejores tecnologías, tenemos enton
2
.. 4 • . . . . . . .. . . . ..
ces que involucrarla en una etapa de cambio, en una eta-
pa de desarrollo, etapa que requiere en forma, por demás
imperativa, la creación o invención de tecnologías para
lograr el desarrollo deseado en la industria química.
Esta función de creación de tecnologías, tradicionalmente
se le ha denominado como: Investigación y Desarrollo.
La Investigación y Desarrollo tiene, entre otras, las si
guientes funciones:
Buscar áreas de oportunidad
Realizar estudios de propiedad
intelectual, tales como:
Buscar patentes
Detectar material patentable
Plantear casos técnicos
p a ten t ab 1 es.
Buscar informacion relevante
al problema bajo estudio.
Generar información básica
experimental
Diseñar equipo experimental
3
.' ; . .. .. .. , . •.:. . . . .• .. . -.. r •. ..
Diseñar experimentosa escala
de laboratorio, planta piloto
y a escala de proceso indus-
trial
pero cuyo objetivo principal es el de:
Generar información relevante
para crear, analizar y diseñar
procesos químicos y para adap
tar y transferir conocimientos
y tecnologías.
Tal y como se menciona en la Conferencia del Ing. De la
Peña la información básica experimental obtenida en una
planta piloto es la información que necesita el escala-
miento para diseñar el equipo mayor de una Planta Quími-
ca, es decir la dimensionalizacjón de reactores, separa
dores, evaporadores, torres de enfriamiento, etc.
Vemos que los métodos de escalamiento complementan y en
muchos casos pueden substituir los métodos de diseño que
comunmente se les agrupa en disciplinas tales como Opera
ciones Unitarias y Diseño de Reactores.
4
. .. .•• .-.. . ., .. .. • ..
La diferencia básica entre unos y otros estriba en que
mientras en Operaciones Unitarias y.Diseño de Reactores
se parte de modelos matemáticos que describen el compor-
tamiento del sistema bajo estudio, en el escalamiento se
pa'te de modelos físicos a escala mediante los cuales se
obtiene la información experimental necesaria para dimen
sionalizar el sistema bajo estudio.
La metodología de hacerlo y el como lograrlo fue lo mas
importante de la conferencia del Ingeniero de la Peña.
Así pues., vernos que losmétodos de escalamiento prove?.n
una alternativa, por demás interesante, al Diseño de Plan
tas Químicas, las cuales, a su vez, son el resultado mas
importante de la creación de tecnologías, renglón que ya
habíamos mencionado como vital para el futuro de la Indus
tria Química.
A su vez, creemos, que de incorporarse formalmente esta
disciplina dentro de los programas de estudio de Ingenie
ría Química permitirá resolver, al menos en parte, uno
de los dilemas mas importantes de la educación:
Los profesionistas de la Ingeniería
deberán estar listos para trabajar
inmediatamente después de terminar
sus estudios profesionales pero
deberán también estar capacitados
y listos para trabajar durante to-
da su vida profesional.
Por un lado la primera parte del dilema hace énfasis en
el conocimiento de las tecnologas,de la utilización de
equipo piloto para reproducir en escala pequeña el siste
ma industrial y, en suma, hace énfasis en la enseñanza
informativa.
Por otro lado la última parte del dilema hace énfasis en
el conocimiento de las ciencias, de las ciencias ingenie-
riles, en el desarrollo de habilidades que los capaciten
a problemas que aún no existen y, en suma, hace énfasis
en la enseñanza formativa.
De 1945 a la fecha esta última parte del dilema se ha vis
to fortalecida en Ingeniería Química por el advenimiento
de disciplinas tales como:
Fenómenos de Transporte
Síntesis de Procesos Químicos
Técnicas de Creatividad
5
Etc.
$ 6
las cuales han originado, en muchos casos, un movimiento
muy marcado hacia la enseñanza formativa. Creemos que
la enseñanza por parte de las universidades de las técni
cas de escalamiento, basadas en la información generada
en equipo piloto, vendrán a fortalecer la educación infor
mativa de los programas de estudio de los Ingenieros Quí
micos.
No hay que olvidar que a pesar de todos los avances en Sín
tesis de Procesos, Fenómenos de Transporte, Simulación,
Cinética y Catálisis; la Ingeniería Química continúa sien
do 50% ciencia y 50% arte.
En síntesis, en la Conferencia del Ingeniero de la Peña se
discuten los principales Métodos de Escalamiento de Equipo,
los cuales se presentan como una alternativa para el Diseño
de Plantas Químicas, ayudando a fortalecer en esa área a
la creación de tecnología, renglón vital para la industria
química. A su vez, creemos, que la enseñanza de esta dis
ciplina en los programas de Ingeniería Química permitirá
equilibrar la enseñanza informativa con la enseñanza for
mativa de la Ingeniería Química.
1
La industria química por su dinamismo se ha convertido
en uno de los sectores industriales mas importantes del
país.
Aquellas industrias jaboneras de principios de siglo, de
papel, de sosa cáustica, modestas por su tamaño y su tec
nología, se transformaron en la industria química moder-
na.
Las industrias crecieron en tamaño y eficiencia, mejora-.
ron su tecnología, se multiplicaron en número y se trans
formaron en procesos tecnológicos cada vez mejores.
Para sostener este tipo de crecimiento y transformación
es necesario contar cada vez con mejores tecnologías, tec
nologías mas eficientes 5 tecnologías que permitan un apro
vechainiento mas integral de nuestros recursos y que al
mismo tiempo contribuyan a la satisfacción de las necesi
dades primarias de nuestra sociedad.
Alguien ha dicho que se debe dejar que todo cambie para
que todo siga igual, si queremos que la industria química
continúe creciendo, si queremos que mejore su eficiencia,
si queremos que tenga mejores tecnologías, tenemos enton
2
ces que involucrarla en una etapa de cambio, en una eta-
pa de desarrollo, etapa que requiere en forma, por demás
imperativa, la creación o invención de tecnologías para
lograr el desarrollo deseado en la industria química.
Esta función de creación de tecnologías, tradicionalmente
se le ha denominado como: Investigación y Desarrollo.
La Investigación y Desarrollo tiene, entre otras, las si
guientes funciones:
Buscar áreas de oportunidad
Realizar estudios de propiedad
intelectual, tales como:
Buscar patentes
Detectar material patentable
Plantear casos técnicos
patentables.
Buscar informacion relevante
al problema bajo estudio.
Generar información básica
experimental.
Diseñar equi po experimental
Diseñar experimentos a escala
de laboratorio, planta piloto
ya escala de proceso indus-
trial
pero cuyo objetivo principal es el de:
Generar información relevante
para crear, analizar y diseñar
procesos químicos y para adap
tar y transferir conocimientos
y tecnologías.
Tal y como se menciona en la Conferencia del Ing. De la
Peña la información básica experimental obtenida en una
planta piloto es la información que necesita el escala-
miento para diseñar el equipo mayor de una Planta Quími-
ca, es decir la dimensionalización de reactores, separa
dores, evaporadores, torres de enfriamiento, etc.
Vemos que los métodos de escalamiento complementan y en
muchos casos pueden substituir los métodos de diseño que
comunmente se les agrupa en disciplinas tales como Opera
ciones Unitarias y Diseño de Reactores.
3
4
La diferencia básica entre unos y otros estriba en que
mientras en Operaciones Unitarias y Diseño de Reactores
se parte de modelos matemáticos que describen el compor-
tamiento del sistema bajo estudio, en el escalamiento se
parte de modelos físicos a escala mediante los cuales se
obtiene la información experimental necesaria para dimen
sionalizar el sistema bajo estudio.
La metodología de hacerlo y el como lograrlo fue lo mas
importante de la conferencia del Ingeniero de la Peña.
Asi pues, vemos que los métodos de escalamiento proveen
una alternativa, por demás interesante, al Diseño de Plan
tas Químicas, las cuales, a su vez, son el resultado mas
importante de la creación de tecnologías, renglón que ya
habíamos mencionado como vital para el futuro de la Indus
tria Química.
A su vez, creemos, que de incorporarse formalmente esta
disciplina dentro de los programas de estudio de Ingenie
ría Quími ca permi tiré resolver, al menos en parte, uno
de los dilemas mas importantes de la educación:
Los profesionistas de la Ingeniería
deberán estar listos para trabajar
inmediatamente después de terminar
sus estudios profesionales pero
deberán también estar capacitados
y listos para trabajar durante to-
da su vida profesional.
Por un lado la primera parte del dilema hace énfasis en
el conocimiento de las tecnologías,de la utilización de
equipo piloto para reproducir en escala pequeña el siste
ma industrial y, en suma, hace énfasis en la enseñanza
informativa.
Por otro lado la última parte del dilema hace énfasis en
el conocimiento de las ciencias, de las ciencias ingenie-
riles, en el desarrollo de habilidades que los capaciten
a problemas que aún no existen y, en suma, hace énfasis
en la enseñanza formativa.
De 1945 a la fecha esta última parte del dilema se ha vis
to fortalecida en Ingeniería Química por el advenimiento
de disciplinas tales como:
Fenómenos de Transporte
Síntesis de Procesos Químicos
Técnicas de Creatividad
Etc.
6
las cuales han originado, en muchos casos, un movimiento
muy marcado hacia la enseñanza formativa. Creemos que
la enseñanza por parte de las uni versidades de las técni
cas de escalamiento, basadas en la información generada
en equipo piloto, vendrán a fortalecer la educación infor
mativa de los programas de estudio de los Ingenieros Quí
micos.
No hay que olvidar que a pesar de todos los avances en Sín
tesis de Procesos, Fenómenos de Transporte, Simulación,
Cinética y Catálisis; la Ingeniería Química continúa sien
do 50% ciencia y 50% arte.
En síntesis, en la Conferencia del Ingeniero de la Peña se
discuten los principales Métodos de Escalamiento de Equipo,
los cuales se presentan como una alternativa para el Diseño
de Plantas Químicas, ayudando a fortalecer en esa área a
la creación de tecnología, renglón vital para la industria
química. A su vez, creemos, que la enseñanza de esta dis
ciplina en los programas de Ingeniería Química permitirá
equilibrar la enseñanza informativa con la enseñanza for
mativa de la Ingeniería Química.
