Diseño conceptual

El diseño de procesos es un procedimiento que aplica e integra varias técnicas de ingeniería, economía y principios científicos para crear un proceso que fabrique un producto específico; se fundamenta en generar, seleccionar y ordenar adecuadamente una serie de operaciones que transforman las materias primas en productos o sistemas útiles. Los principales documentos para el diseño conceptual son: el diagrama del proceso y su descripción, tablas de balances de materia y energía, hojas con la descripción del tipo y dimensiones de los principales equipos, junto con un análisis de los costos de los equipos y de operación del proceso; de manera que más de la mitad del costo del producto o sistema se determina con el diseño conceptual inicial que incluye, los materiales, los equipos, así como la forma y el orden en que se usan. [44].

46

El diseño conceptual puede ser entendido como el plan para crear algo un aparato, un edificio, una organización, una fábrica, etc., esto implica poner en un documento escrito, ordenado y comprensible el paso a paso y la manera del desarrollo del proyecto; sobre entendiendo el proyecto como el marco de trabajo para crear el diseño, orientado por objetivos claros y concretos hasta su cumplimiento, concluye con la entrega de un informe técnico de acuerdo con los tiempos especificados en donde se evidencie:

1. Las bases de diseño

2. Los diagramas de flujo del proceso y descripción del proceso 3. La lista de equipos y hojas de datos de los equipos

4. Los requerimientos de servicios y diagramas de servicios 5. Los diagramas de tuberías e instrumentación

6. El diseño preliminar de equipos principales

7. Las especificaciones de desfogue, seguridad y control 8. {Las especificaciones de manejo de efluentes desechables 9. Los estimados de la inversión y costo de la planta.

Por lo que el diseño conceptual es un plan descriptivo y completo para crear algo, a nivel químico es el conjunto de acciones para que algo cambie en etapas sucesivas, mediante la secuencia de transformaciones químicas y físicas para que las materias primas se conviertan en productos con mayor valor que los materiales a partir de los que se obtienen. Las operaciones de los procesos químicos son de muy diversa índole, entre las principales se cuentan, la reacción, la destilación, calentamiento, compresión y transferencia de masa

Para el diseño básico de procesos es indispensable implementar estrategias de diseño, ya sea mediante la formulación de modelos matemáticos y su solución con programación matemática a partir de una estructura general que contenga todas las alternativas de diseño; sin embargo la naturaleza no lineal de las ecuaciones y la consideración simultánea de todas las alternativas posibles, conduce a un conjunto de muchas ecuaciones no lineales que dificultan el proceso de selección; la segunda estrategia se basa en la jerarquía de decisiones que a partir de propuestas

47

simples llega al diagrama completo del proceso, con el fin de descomponer el problema de diseño en subproblemas mediante:

1. Decidir entre proceso continuo o intermitente. 2. Definir la estructura de entrada y salida 3. Definir la estructura de reactores y reciclo

4. Definir la estructura del sistema de separadores

5. Diseñar el sistema que permita la integración de energía en una red de intercambiadores de calor.

El diseño de los procesos pasa por tres etapas: Etapa I. Diseño conceptual. Etapa II: Diseño detallado y Etapa III. Diseño mecánico. [44].

Durante la primera etapa de diseño se procede según la jerarquía propuesta por Douglas en 1988 que permite la toma de decisiones mediante juicios y la elección entre varias alternativas de proceso. Se usan heurísticas como guías y métodos aproximados para la definición y dimensionamiento de los equipos, siendo posible evaluar la viabilidad económica del proyecto para poder continuar con la segunda etapa del diseño, implementar la ingeniería de detalle y cálculo riguroso de las dimensiones de los equipos, es en esta etapa donde se eliminan las suposiciones de la etapa inicial (diseño básico), por lo que se logra la simplificación de cálculos y enriquecer el diagrama de proceso al ubicar los instrumentos necesarios, para lograr cumplir las especificaciones de diseño, de manera que al realizar nuevamente la evaluación financiera el producto aún resulte rentable y se pueda continuar con la etapa final, hacer los planos de los diseños estructurales, mecánicos y de servicios.

Del mismo modo, el diseño y desarrollo de procesos en ingeniería es todo un proceso, comienza con el análisis de las necesidades, en donde se obtienen unas especificaciones preliminares. A medida que el proceso avanza mediante la definición, análisis, síntesis, etc. [45], las especificaciones del problema se dan cada vez más detalladas hasta obtener las especificaciones finales, al contar con toda la información es posible iniciar la construcción de prototipos y programación de pruebas. El proceso de diseño es de carácter iterativo, ya que se descubren nuevos datos o se adquieren nuevas perspectivas que exigen repetir algunos de los pasos

48

anteriores. Durante el diseño, sin contar la fase creativa de invención, se necesita de bastante información, recopilar, procesar y comunicar la información.

La factibilidad económica en la elaboración de una solución al problema planteado es un factor importante para considerar, ya que el diseñador no recibe un problema sino la situación de la misma, y es bajo estas circunstancias que tendrá que desarrollar definiciones claras de los problemas totales [44]. Una vez entendida la situación del problema, se pueden percibir las dificultades reales y se puede iniciar la formulación de preguntas apropiadas [45].

Al ser un proceso iterativo, el diseño en ingeniería pretende establecer como resultado concluyente el sistema que contenga todos los requerimientos funcionales y las tolerancias de forma simplificada [46], con el objetivo de acortar el proceso de producción desde el concepto, el diseño es orientado a la planificación, concepción y desarrollo de un conjunto de sistemas que satisfagan las necesidades preestablecidas de manera que la propuesta de solución sea económica, productiva, con un largo ciclo de vida y cumpla con los requerimientos energéticos, sin descuidar la ergonomía, la facilidad de fabricación y ensamble y las restricciones expuestas por el mismo problema, normativas y tecnologías. [47].

Existen dos modos de diseñar: el modo habitual y el modo conceptual, el primero consiste en replicar un sistema y según los requerimientos se ajusta y se amolda con las condiciones establecidas; el segundo modo de diseño se realiza de forma creativa, tal como se mencionó previamente, dichos modos de diseño contemplan la planificación, el desarrollo del concepto o la identificación, el diseño a nivel de sistema es decir el modelado, las pruebas de refinamiento relacionado a la estandarización, y la producción. [48].

Por lo anterior es posible afirmar que para llevar a cabo el proyecto de diseño es necesario buscar referentes de los cuales guiarse. Para evaluar las diferentes alternativas es necesario aplicar criterios acordes a la situación, que diferencien las alternativas encontradas, [49] entre más alternativas existan se tiene una mayor probabilidad de encontrar una solución satisfactoria, de igual forma existen necesidades cuyas soluciones no han sido planteadas en su totalidad es decir no

49

hay una gran variedad de referentes directos, es decir, no se han elaborado modelos que contemplen todos los factores que se requieren en la alternativa de solución que se busca, es en este caso el punto de inicio para la etapa de diseño es el desarrollo de un diseño conceptual.

El diseño conceptual consiste en un proceso mental, está ligado al pensamiento creativo y de exploración, donde se condensan de otros referentes los modos funcionales que competen a la alternativa de solución, para posteriormente serán usados y combinados con los subconjuntos adicionales para ofrecer una línea de funciones y pasos al proceso que den la solución completa del problema, con el fin de conseguir una estructura que sirva de ayuda para la etapa de diseño.

La solución obtenida por este método se lleva a cabo de una forma ordenada sistemática y lógica lo que significa que obedece a las leyes naturales mientras cumple sus funciones, obedece a un orden mental que contempla todas las condicionantes del proceso de manera que se logren plantear las diferentes heurísticas, para encontrar las mejores alternativas, lo cual dirige al diseño en un único sentido, al ser la primera base para la generación de una alternativa viable, que dé solución a una necesidad, sin un modelo previo o del cual basarse para ajustar, de esta forma se realiza un proyecto confiable.

50