En ingeniería química, hay tres términos que aparecen a lo largo del desarrollo de un proyecto: Paquete de diseño de procesos, ingeniería básica, y ingeniería de detalle. Sin embargo, sus respectivas funciones y relaciones no siempre resultan claras para los ingenieros noveles, los inversores o los jefes de proyecto.
Entre las preguntas clave se encuentran:
- ¿De qué se encarga cada etapa?
- ¿Por qué no se puede completar el diseño en un solo paso?
- ¿Cómo se reparten estas responsabilidades los licenciantes internacionales de tecnología y las empresas de ingeniería?
- ¿Por qué las grandes empresas contratistas de EPC rara vez desarrollan sus propias tecnologías de proceso?
Este artículo explica el flujo de trabajo completo del diseño de un proyecto químico y la lógica comercial que subyace a esta división de responsabilidades.
Una forma sencilla de entender esta relación es:
- En Paquete de diseño de procesos define la tecnología de proceso y las condiciones necesarias para fabricar el producto deseado.
- Ingeniería básica convierte esa tecnología de procesos en un proyecto de ingeniería que puede evaluarse, presupuestarse y desarrollarse aún más.
- Ingeniería de detalle traduce el proyecto aprobado en planos y pliegos de condiciones que pueden utilizarse para la contratación, la fabricación, la construcción y la instalación.
Paquete de diseño de procesos: definición de la tecnología de procesos básica
A Paquete de diseño de procesos, que se suele abreviar como PDP, es un paquete de ingeniería preliminar que define el proceso y el alcance correspondiente mediante planos, cálculos, especificaciones y documentos técnicos.
Koch Modular describe un PDP como un paquete de ingeniería inicial que utiliza planos y especificaciones para definir el alcance global del suministro. En la práctica, explica qué se pretende producir en la planta, cómo funciona el proceso y qué principios técnicos y condiciones de funcionamiento son fundamentales.
En una ponencia presentada por el equipo de ingeniería de Saudi Basic Industries Corporation (SABIC) en un congreso del Instituto Americano de Ingenieros Químicos (AIChE) se señaló que, normalmente, el PDP se elabora durante la fase de viabilidad del proyecto. Tres resultados principales:—Diagramas de flujo de procesos (PFD), Esquemas de tuberías e instrumentación (P&ID), y fichas técnicas de los equipos—podría suponer aproximadamente 60% del total de horas de ingeniería necesarias para preparar el expediente.
Otro artículo de la AIChE describe un PDP como un conjunto de documentos que contienen información técnica y sobre el proceso suficiente para que una empresa de ingeniería elabore un paquete de diseño de ingeniería preliminar o pase directamente a la ingeniería de detalle.
Un PDP típico puede incluir:
- Fundamentos de diseño y datos de diseño del proceso
- Diagramas de flujo de procesos
- Esquemas P&ID del proceso preliminar
- Fichas técnicas de los equipos y listas de equipos
- Descripciones de los sistemas de bloqueo
- Planos preliminares de disposición de los equipos
- Listas de fluidos y clases de materiales de tuberías
- Criterios de diseño de seguridad de los procesos
- Requisitos de los servicios públicos
- Fichas técnicas de proceso para dispositivos de alivio de presión y datos medioambientales
En resumen, el PDP es la referencia técnica fundamental para la planta de proceso. Contiene la tecnología de proceso principal y, a menudo, incorpora los conocimientos exclusivos y la propiedad intelectual del licenciante.
Sin este paquete, la empresa contratista de ingeniería no puede avanzar con fiabilidad en las fases de diseño posteriores.
Figura 1. Una planta química moderna, en la que las extensas redes de tuberías, las columnas y los equipos de proceso ponen de manifiesto la complejidad de los proyectos de ingeniería química.
Ingeniería básica: cómo conciliar los requisitos de los procesos con la implementación técnica
La terminología utilizada para esta fase varía según las empresas y las regiones. Entre los términos más habituales se encuentran: Ingeniería básica, Paquete básico de diseño de ingeniería (BEDP), y el más utilizado Diseño técnico preliminar (FEED).
La terminología de DEC Engineering describe la relación progresiva entre estas fases: el PDP sienta las bases para la documentación del proceso principal de la planta, mientras que el BEDP aporta los detalles técnicos suficientes para que un contratista cualificado pueda iniciar la ingeniería de detalle, adquirir los equipos con plazos de entrega largos y prepararse para la construcción.
Si el PDP define la temperatura y la presión necesarias para una reacción química, la ingeniería básica determina la capacidad del reactor y los materiales de construcción, los diámetros de tubería necesarios y el espacio requerido para instalar y poner en funcionamiento el sistema.
Entre las actividades básicas típicas de la ingeniería se incluyen:
- Desarrollar los esquemas P&ID del proceso incluidos en el PDP para convertirlos en esquemas P&ID de nivel de ingeniería adecuados para el diseño detallado
- Elaboración de pliegos de condiciones preliminares para los equipos principales, con el nivel de detalle suficiente para solicitar presupuestos de artículos con plazos de entrega prolongados
- Determinación de las dimensiones preliminares de las tuberías, las clases de materiales y los requisitos de aislamiento
- Elaboración de un modelo 3D preliminar y del plano general de la planta
- Realización de un estudio de riesgos y operatividad (HAZOP)
- Elaborar una estimación más precisa de los costes de capital, normalmente dentro de un margen de aproximadamente ±10% a ±15%
Según la normativa de uso internacional Carga frontal (FEL) En este marco, el desarrollo de un proyecto suele dividirse de la siguiente manera:
- FEL-1 — Viabilidad: Definición preliminar del proceso, diagramas de flujo en bloques y una estimación de costes con una precisión de aproximadamente ±50%
- FEL-2 — Diseño conceptual o Pre-FEED: Un paquete de procesos más detallado, esquemas de fluidos (PFD), diagramas preliminares de procesos e instrumentación (P&ID) y una estimación de costes con una precisión de aproximadamente ±30%
- FEL-3 — FEED o ingeniería básica: Un nivel de definición del diseño considerablemente mayor, que incluya fichas técnicas de los equipos a nivel de adquisición, para respaldar la decisión final de inversión (FID).
¿Por qué se divide el proyecto en varias fases de diseño? La razón principal es que los cambios en el diseño resultan relativamente económicos durante las primeras fases de desarrollo del proyecto. Una vez que ha comenzado la ingeniería de detalle o la construcción, esos mismos cambios pueden provocar aumentos sustanciales de los costes y retrasos en el calendario.
Los estudios del sector indican que una fase FEED bien ejecutada puede reducir significativamente el coste y la duración del proyecto, aunque la mejora real depende de la complejidad del proyecto, la madurez del diseño y las condiciones de ejecución.
Los PFD y los P&ID en la ingeniería básica: funciones diferentes pero complementarias
Una pregunta habitual es por qué la ingeniería básica necesita diagramas P&ID si, posteriormente, el contratista de ingeniería detallada elaborará diagramas P&ID completos a nivel de construcción. ¿Se trata de un trabajo duplicado? ¿Qué documento es más importante durante la ingeniería básica: el PFD o el P&ID?
Los dos documentos definen distintos aspectos de la planta y, por lo tanto, son complementarios.
A El PFD define la configuración general del proceso. En él se muestran los flujos de materia, la integración térmica y la ubicación de las principales operaciones de reacción y separación. Ayuda a responder preguntas fundamentales como:
- ¿Es técnicamente viable el proceso?
- ¿Es válido desde el punto de vista termodinámico y químico?
- ¿Es el proceso seleccionado económicamente viable?
- ¿Qué combinación de equipos se debería utilizar?
Por ejemplo, el PFD puede determinar si el proceso requiere un reactor de lecho fijo o de lecho fluidizado, o si se debe utilizar la destilación extractiva o la destilación azeotrópica. Una vez tomadas estas decisiones, el trabajo de ingeniería posterior se articula en torno a ellas.
A El P&ID convierte esta configuración del proceso en un sistema de ingeniería operativo.. Define cómo se conectan las bombas, las válvulas, los instrumentos, los equipos y los circuitos de control. Además, establece la filosofía de control y seguridad del proceso.
Los diagramas P&ID a nivel de construcción elaborados durante la ingeniería de detalle pueden incluir puntos de muestreo, pendientes de las tuberías, requisitos de trazado y otros detalles de instalación. Los diagramas P&ID de ingeniería básica no definen necesariamente todos los detalles de construcción. Su objetivo principal es preservar la lógica esencial del proceso, el control y la seguridad, de modo que no se altere involuntariamente durante el diseño de detalle.
En los proyectos químicos, comprender cómo debe manejarse la maquinaria para obtener un producto homogéneo y que cumpla los requisitos es más importante que limitarse a elaborar un conjunto completo de planos.
Las configuraciones de los equipos suelen poder reproducirse, pero los conocimientos técnicos sobre los procesos son mucho más difíciles de replicar. Un licenciante de tecnología puede conocer:
- La velocidad de aumento de temperatura adecuada durante la fase más sensible al calor de una reacción
- La velocidad óptima de agitación del cristalizador
- El nivel de sobresaturación necesario para la adición de semillas
- Las condiciones necesarias para obtener la distribución de tamaños de cristales deseada
- La respuesta de control necesaria durante el arranque, la parada o las perturbaciones del proceso
Estos conocimientos se plasman en los principios de funcionamiento recogidos en el PDP y se aplican a través de los PFD y los P&ID elaborados durante la fase de ingeniería básica. Constituyen una parte fundamental del valor aportado en el marco de un acuerdo de licencia tecnológica.
Un PFD define principalmente qué operaciones del proceso y combinaciones de equipos son necesarias. Un P&ID define cómo deben funcionar, controlarse y protegerse dichos sistemas. Juntos, crean un marco de ingeniería que puede implementarse en una planta real.
Si un PFD incluye lógica de control, ¿sigue siendo necesario un P&ID de ingeniería básica?
Un PFD suficientemente detallado puede incluir balances de materiales y energía, los principales bucles de control, los desencadenantes y acciones de los enclavamientos críticos, las condiciones de diseño, los límites de alarma y los puntos de consigna de parada. Por lo tanto, un ingeniero con experiencia podría ser capaz de comprender la estrategia operativa principal a partir de un PFD elaborado de forma exhaustiva.
Sin embargo, un PFD tiene limitaciones inherentes. Muchas decisiones de ingeniería no pueden documentarse adecuadamente en él.
Detalles sobre la seguridad de los procesos
La válvula de seguridad que aparece representada en un PFD es solo un símbolo. El diseño también debe definir:
- Capacidad de alivio necesaria
- Materiales de construcción
- Destino de la descarga, como un sistema de antiaéreas o una salida de gases local
- El efecto de la contrapresión del sistema de antichamas en la capacidad de alivio
- Requisitos de aislamiento y mantenimiento
Estas decisiones suelen quedar reflejadas en el esquema P&ID y están respaldadas por los cálculos pertinentes. Además, constituyen datos esenciales para los estudios HAZOP y las revisiones normativas de seguridad.
Cuando se apliquen normativas o estándares chinos, la documentación deberá cumplir con los correspondientes Normas nacionales chinas (normas GB o GB/T) y los requisitos normativos locales. Estos no deben interpretarse como normas internacionales.
Procedimientos de puesta en marcha y parada
Los diagramas de fluidos (PFD) describen principalmente el funcionamiento normal del proceso. Por lo general, no incluyen todas las tuberías auxiliares necesarias para:
- Puesta en marcha de la circulación y la calefacción
- Parada, vaciado y purga
- Regeneración del catalizador
- Aislamiento de los equipos
- Acceso para mantenimiento
- Despresurización y limpieza
Estas conexiones deben definirse en los esquemas P&ID.
Requisitos de funcionamiento de la válvula
Un bucle de control que aparece en un PFD no define por completo cómo deben funcionar sus válvulas. El P&ID debe especificar aspectos tales como:
- Si una válvula de aislamiento o de cierre se queda abierta o cerrada por fallo
- Si se necesitan válvulas de cierre manuales antes y después de una válvula de regulación
- Si es necesario instalar una línea de derivación
- Cómo reaccionan las válvulas cuando se activa un enclavamiento
Sin esta información, no es posible especificar ni adquirir correctamente los equipos e instrumentos, ni evaluar adecuadamente la seguridad de la planta.
Requisitos de entrega de la obra de ingeniería
El contratista encargado de la ingeniería de detalle debe plasmar el diseño en planos de obra. Para ello, el contratista necesita los esquemas P&ID a fin de determinar:
- Clases de presión de las tuberías
- Materiales de construcción
- Requisitos de aislamiento y trazado térmico
- Tipos de conexión
- Conexiones de los instrumentos
- Sistemas de drenaje, ventilación, toma de muestras y lavado
Un PFD puede indicar que una corriente debe calentarse a 200 °C. El P&ID y las especificaciones correspondientes definen el material de las tuberías, el espesor de las paredes, el aislamiento, el método de trazado y la disposición de los controles necesarios para cumplir ese requisito de forma segura.
Por lo tanto, un P&ID básico de ingeniería no es simplemente un plano más. Convierte los requisitos del proceso en un sistema que puede diseñarse, adquirirse, construirse, ponerse en funcionamiento y mantenerse de forma segura.
Además, ofrece una plataforma común de coordinación para las disciplinas de procesos, seguridad, tuberías, equipos, instrumentación, electricidad, obra civil y estructuras. Si se omite este paso, las decisiones técnicas importantes se transfieren al equipo de ingeniería de detalle, que puede no contar con el mismo nivel de conocimiento sobre los procesos. Esto puede aumentar considerablemente los cambios en fases avanzadas del proyecto y el riesgo del mismo.
Ingeniería de detalle: elaboración de documentación lista para la construcción
Esta etapa se conoce como Diseño detallado o Ingeniería de detalle.
HEDCO define la ingeniería de detalle como la fase en la que cada disciplina de ingeniería lleva a cabo el diseño técnico más exhaustivo necesario para garantizar que la planta pueda instalarse de forma segura, sin conflictos técnicos y con una rentabilidad adecuada en los costes de construcción.
Koch Modular ofrece una descripción similar: los ingenieros y diseñadores definen de forma sistemática cada componente de un sistema de proceso modular. Los equipos, las tuberías, la estructura de acero, la instrumentación, los sistemas eléctricos y los sistemas de control se evalúan, optimizan y diseñan con el nivel de detalle suficiente para su fabricación y construcción.
Si el PDP define lo que debe lograrse con el proceso y la ingeniería básica define los sistemas necesarios para lograrlo, la ingeniería de detalle especifica exactamente cómo se fabricarán, instalarán, conectarán y construirán dichos sistemas.
Entre los resultados típicos de la ingeniería de detalle se incluyen:
- Planos de equipamiento a escala de obra y detalles de fabricación
- Modelos 3D completos de tuberías e isométricos de tuberías
- Listas de materiales (BOM) y pliegos de condiciones de adquisición
- Índices de instrumentos, esquemas de bucles y diagramas de cableado
- Esquemas eléctricos unifilares y planos de disposición
- Planos de cimentación civil y detalles de la estructura de acero
- Instrucciones de montaje e instalación
Los documentos técnicos detallados se utilizan directamente para la adquisición, la fabricación, la instalación y la construcción in situ. La elaboración de estos documentos es una de las responsabilidades fundamentales del contratista EPC.
Diferencias clave entre las tres fases de diseño
| Comparación | Paquete de diseño de procesos (PDP) | Ingeniería básica (FEED/BEDP) | Ingeniería de detalle |
|---|---|---|---|
| Fase del proyecto | Estudio de viabilidad o desarrollo conceptual | Tras el PDP y antes de la ingeniería de detalle | Después de la fase de diseño preliminar (FEED) y antes de la construcción |
| Pregunta principal | ¿Qué procedimiento se debe seguir? | ¿Qué equipos y sistemas de ingeniería se necesitan? | ¿Cómo se debe fabricar, instalar y construir la planta? |
| Principales resultados esperados | PFD, esquemas preliminares de procesos e instalaciones (P&ID) y fichas técnicas de equipos de proceso | Esquemas P&ID a nivel de ingeniería, especificaciones de equipos con plazos de entrega prolongados y un modelo 3D preliminar | Planos de construcción, isométricos, listas de materiales y esquemas de cableado |
| Precisión de la estimación de costes | Aproximadamente de ±30% a ±50% | Aproximadamente de ±10% a ±15% | Lo suficientemente desarrollado como para servir de base para la elaboración de presupuestos de construcción |
| Parte responsable habitual | Licenciante de tecnología o titular de un proceso | Empresa de ingeniería, propietario, licenciante o un equipo conjunto | Equipo multidisciplinar de ingeniería EPC |
| Conocimientos fundamentales necesarios | Tecnología de procesos y conocimientos técnicos propios | Definición e integración de ingeniería | Información técnica relativa a la construcción |
Cómo se complementan las tres etapas
Las tres etapas forman una secuencia continua:
- En PDP establece el proceso, el intervalo operativo, los balances de materiales y energía, y los requisitos técnicos fundamentales.
- Ingeniería básica convierte esos requisitos en un concepto integrado de planta, define los principales equipos y la filosofía de control, y reduce la incertidumbre antes de asumir compromisos de inversión importantes.
- Ingeniería de detalle desarrolla el proyecto aprobado en los planos, maquetas, pliegos de condiciones y listas de materiales necesarios para la adquisición y la construcción.
Cualquier deficiencia en una de las fases afecta a todo el trabajo posterior.
Un PDP incompleto puede dejar sin definir condiciones críticas del proceso. Una ingeniería básica insuficiente puede hacer que sigan sin resolverse problemas relacionados con la seguridad, la operatividad, la disposición o los costes. Una ingeniería de detalle deficiente puede dar lugar a errores en las compras, conflictos en la obra, trabajos de corrección y retrasos en la construcción.
El flujo de trabajo de diseño, desde el paquete de diseño de procesos hasta la ingeniería de detalle.
¿Qué empresas internacionales desarrollan paquetes de diseño de procesos?
Las empresas capaces de ofrecer paquetes de diseño de procesos suelen disponer de tecnología de reacción propia, sistemas catalíticos, experiencia en integración de procesos o tecnologías de separación especializadas.
Se pueden clasificar en varias categorías generales.
Empresas consolidadas dedicadas a la concesión de licencias de tecnología petroquímica
| Empresa | Áreas principales | Tecnologías representativas |
|---|---|---|
| Honeywell UOP | Refinería, productos aromáticos, olefinas y procesamiento de gas natural | Parex™ para la separación de para-xileno y Butamer™ para la isomerización |
| Tecnología Lummus | Craqueo de etileno, etilbenceno/estireno y polipropileno | Tecnologías bajo licencia utilizadas en grandes proyectos de etileno |
| KBR | Amoníaco, refinería y recuperación de olefinas | Tecnología de amoníaco KBR Purifier™ |
| Technip Energies | Hornos de etileno, GNL e hidrógeno | Una amplia gama de tecnologías de proceso con licencia |
| Axens | Hidrotratamiento, reformado y biocombustibles | Comercialización de las tecnologías del IFPEN |
| thyssenkrupp Uhde | Productos químicos derivados del carbón, fertilizantes, cloro-álcali y ácido nítrico | Tecnologías de proceso consolidadas y autorizadas |
Divisiones de concesión de licencias tecnológicas de los fabricantes de productos químicos
| Empresa | Áreas principales | Tecnologías o características representativas |
|---|---|---|
| Dow | Polietileno, poliuretano, óxido de etileno y etilenglicol | Tecnología de fase gaseosa UNIPOL™ |
| ExxonMobil | Cristalización y refinado del para-xileno | PDP suministrados a través de sus actividades de concesión de licencias |
| BASF | Extracción de ácido acrílico y butadieno | Tecnologías que suelen integrarse con el suministro de catalizadores |
| Concha | Gasificación, óxido de etileno y etilenglicol | Shell Catalysts & Technologies |
| INVISTA | PTA, PET, adiponitrilo y nailon 6,6 | Tecnologías de polimerización de P8 PTA y nailon 6,6 |
Proveedores de tecnologías especializadas de separación
La separación y la purificación son tan importantes como la ingeniería de reacciones en muchos procesos químicos. Entre las empresas con capacidades especializadas se encuentran:
| Empresa | Tecnología principal | Aplicaciones |
|---|---|---|
| Air Products | Separadores de membrana de fibra hueca PRISM® | Bio-GNL y operaciones en alta mar |
| Linde Engineering | Tecnología de membranas HISELECT® | Descarbonización del gas natural y recuperación de hidrógeno |
| Honeywell UOP | Separación por adsorción con Parex™ y Molex™ | Separación de paraxileno y parafina normal |
| Sulzer | Destilación, cristalización y separación por membranas | Polímeros de origen biológico, incluido el PLA |
Empresas especializadas en tecnología de procesos
| Empresa | Área principal | Posición en el sector |
|---|---|---|
| Stamicarbon | Tecnología de la urea | Tecnología utilizada en una parte considerable de la capacidad mundial de producción de urea |
| Johnson Matthey | Síntesis de metanol, conversión de gas en líquidos y pilas de combustible | Amplia experiencia en catalizadores y procesos |
| Topsoe | Amoníaco, metanol, hidrógeno y ácido sulfúrico | Empresa danesa consolidada dedicada a la concesión de licencias tecnológicas |
Estas empresas se dedican principalmente a comercializar conocimientos sobre procesos: vías de reacción, formulaciones de catalizadores, márgenes operativos y configuraciones de procesos. Pueden prestar apoyo al desarrollo de ingeniería, pero no se encargan necesariamente de elaborar todos los planos de construcción ni de llevar a cabo la instalación de obra civil.
Figura 2. Una gran planta de procesamiento químico que ilustra la complejidad técnica de una planta moderna.
Distribución de responsabilidades entre los cedentes de licencias tecnológicas y los contratistas EPC.
¿Qué empresas internacionales se dedican a la ingeniería de detalle?
Tras recibir el PDP y la documentación técnica básica, los contratistas EPC y las empresas de ingeniería especializadas transforman el diseño en pliegos de condiciones de adquisición, planos de fabricación, documentos de construcción e infraestructura física de la planta.
Principales contratistas EPC de Europa y Norteamérica
| Empresa | Áreas principales | Características |
|---|---|---|
| Bechtel | Energía, petroquímica y GNL | Una de las mayores empresas de ingeniería y construcción de Estados Unidos |
| Fluor | Refinería, productos químicos, productos farmacéuticos y minería | Importante empresa internacional de ingeniería y construcción |
| KBR | Amoníaco, refinería y olefinas | Combina la concesión de licencias tecnológicas con capacidades de EPC |
| Technip Energies | Etileno y GNL | Combina tecnología propia con la ejecución de proyectos de ingeniería |
| McDermott | Depósitos de almacenamiento, craqueo de etileno y terminales de GNL | Servicios que abarcan desde el FEED hasta el EPCIC |
| Saipem | Petróleo y gas en alta mar y petroquímica en tierra firme | Importante empresa italiana de ingeniería y construcción |
| Técnicas Reunidas | Refinería y petroquímica | Empresa española de ingeniería y construcción |
| Linde Engineering | Separación de gases, estudio de viabilidad (FEED) e ingeniería de detalle | Importante empresa alemana de ingeniería |
Contratistas EPC japoneses y surcoreanos
| Empresa | Áreas principales | Puntos fuertes representativos |
|---|---|---|
| JGC | GNL, refinería y petroquímica | Conocida por su rigurosa ejecución de proyectos |
| Chiyoda | Plantas de licuefacción de GNL | Experiencia en grandes proyectos de GNL en Catar |
| Samsung E&A | Refinería y productos químicos en Oriente Medio y el Sudeste Asiático | Importante empresa surcoreana de construcción, ingeniería y suministro (EPC) |
| Hyundai Engineering | Refinería y productos químicos en Oriente Medio y el Sudeste Asiático | Importante empresa surcoreana de construcción, ingeniería y suministro (EPC) |
Empresas de ingeniería especializadas y otros contratistas internacionales
| Empresa | Áreas principales | Características |
|---|---|---|
| Worley | Ingeniería de detalle para los sectores del petróleo, el gas y los productos químicos | Empresa de ingeniería internacional fundada en Australia |
| Madera | Ingeniería energética y química | Empresa de ingeniería con sede en el Reino Unido |
| Petrofac | Servicios relacionados con el ciclo de vida del petróleo y el gas | Proveedor de servicios con sede en el Reino Unido |
| MAIRE | Proyectos EPC de poliolefinas y fertilizantes | Entre las empresas de su grupo se encuentra Stamicarbon, empresa que concede licencias de tecnología de urea |
| Hargrove | Ingeniería de la industria química | Empresa estadounidense de ingeniería y servicios de proyectos |
| Audubon Engineering | Infraestructura energética | Proveedor estadounidense especializado en proyectos de procesamiento industrial y del sector del petróleo y el gas |
Estas empresas de EPC suelen contar con amplios equipos multidisciplinares que abarcan los ámbitos de los procesos, las tuberías, los equipos mecánicos, la instrumentación, los sistemas eléctricos, las obras civiles y la ingeniería estructural. Su función consiste en convertir la documentación de procesos e ingeniería en una planta física segura y operativa.
Figura 3. Una gran planta química por la noche, que ilustra la magnitud y la complejidad técnica de la construcción industrial moderna.
Modelos habituales de contratación internacional
Los licenciantes de tecnología y los contratistas EPC suelen colaborar siguiendo uno de estos tres modelos.
El propietario firma contratos por separado con el cedente de la licencia y el contratista de EPC
En el modelo tradicional, el propietario adquiere una licencia de proceso y un PDP de un cedente de tecnología. A continuación, el propietario utiliza ese paquete para adjudicar los trabajos de ingeniería básica, ingeniería de detalle, aprovisionamiento y construcción a un contratista EPC.
Esta es una de las formas más habituales de organizarse.
El licenciante proporciona tanto el PDP como la ingeniería básica
Algunos licenciantes ofrecen tanto el PDP como un paquete de ingeniería básica más completo. También pueden establecer alianzas estratégicas con determinados contratistas EPC y presentar una propuesta integrada de tecnología e ingeniería.
Por ejemplo, después de que INVISTA concediera una licencia de tecnología de nailon 6,6 a China Resources Chemical Innovative Materials, Chemtex prestó servicios de ingeniería, aprovisionamiento y construcción.
El contratista EPC aporta su propia tecnología de proceso
Algunas empresas de EPC han adquirido o desarrollado de forma independiente tecnologías en ámbitos especializados, como las centrales modulares de pequeño tamaño y los sistemas de tratamiento de aguas.
Este modelo existe, pero sigue siendo poco habitual en los grandes proyectos de productos químicos básicos, donde los licenciantes consolidados controlan muchas de las principales tecnologías de proceso.
¿Por qué las grandes empresas contratistas de EPC rara vez desarrollan sus propios paquetes de diseño de procesos?
Si una empresa contratista de EPC cuenta con una amplia capacidad de ingeniería detallada, ¿por qué no desarrolla simplemente su propia tecnología de procesos y ofrece tanto servicios de concesión de licencias como de EPC?
La razón principal es que los licenciantes de tecnología y los contratistas EPC operan bajo modelos de negocio fundamentalmente diferentes.
La propiedad intelectual y los servicios de proyectos requieren modelos de negocio diferentes
Un paquete de procesos es, ante todo, un producto de propiedad intelectual. Un licenciante puede invertir en el desarrollo de una tecnología una sola vez y, a continuación, conceder licencias de forma repetida para múltiples proyectos.
Las décadas de datos operativos, experimentos, resultados de ampliación de escala y optimización de procesos pueden aplicarse a numerosas plantas. Una vez que la tecnología se ha comercializado y validado, cada licencia adicional puede requerir un trabajo de desarrollo incremental relativamente limitado.
La contratación EPC, por el contrario, se basa en proyectos. Cada proyecto requiere un equipo a medida y puede implicar a cientos de ingenieros y personal de obra. El contratista también asume riesgos considerables en cuanto a plazos, costes, aprovisionamiento y construcción.
Por lo tanto, la concesión de licencias tecnológicas depende de la propiedad intelectual reproducible, mientras que la contratación de EPC depende de la ejecución de proyectos y la gestión de riesgos. Las capacidades organizativas necesarias son diferentes.
El desarrollo de procesos requiere una inversión a largo plazo
El desarrollo de un proceso maduro que pueda objeto de una licencia comercial suele requerir:
- Investigación de laboratorio
- Pruebas a escala de laboratorio
- Validación a escala piloto
- Funcionamiento de la planta de demostración
- Ingeniería de ampliación de escala
- Una aplicación comercial única en su género
- Datos de funcionamiento a largo plazo
El ciclo completo de desarrollo puede durar entre 10 y 20 años y requerir una inversión que asciende a cientos de millones de dólares estadounidenses, dependiendo de la tecnología.
Para las empresas de EPC que cotizan en bolsa y se centran en el volumen de negocio de los proyectos y en los resultados financieros trimestrales, este modelo de inversión puede resultar difícil de justificar. Los grupos industriales de capital privado pueden estar en mejores condiciones para apoyar el desarrollo tecnológico a largo plazo.
Los conocimientos técnicos sobre los procesos suponen una importante barrera de entrada
Un PDP implica mucho más que los PFD y los balances de materiales. Se basa en una amplia conocimiento tácito que resulta difícil de obtener a partir de la información pública.
Algunos ejemplos son:
- Comportamiento de desactivación del catalizador a concentraciones específicas de impurezas
- Rendimiento a largo plazo de los equipos en condiciones de funcionamiento anómalas
- Lógica de control especial necesaria durante el arranque y el apagado
- Comportamiento en cuanto a incrustaciones, corrosión y obstrucciones
- Sensibilidad de la calidad del producto ante pequeños cambios en las condiciones de funcionamiento
- Limitaciones en la ampliación identificadas durante la fase piloto y la explotación comercial
Los licenciantes de tecnología acumulan estos conocimientos a lo largo de décadas de experiencia operativa en múltiples plantas. Estos conocimientos pueden encontrarse en bases de datos propias, normas internas, métodos de diseño y la experiencia de los ingenieros con mayor antigüedad.
Un contratista de EPC no puede reproducir fácilmente estos conocimientos mediante ingeniería inversa. La elaboración de un P&ID puede llevar semanas; adquirir la experiencia necesaria para comprender y validar cada decisión de diseño puede llevar décadas.
Las garantías de rendimiento tecnológico suponen un riesgo adicional
Los paquetes de procesos con licencia suelen ir acompañados de un garantía de rendimiento. Si la planta una vez terminada no alcanza la capacidad, la calidad del producto, el consumo energético u otros objetivos de rendimiento especificados en el contrato, el licenciante de la tecnología podría estar sujeto a sanciones.
Ofrecer una garantía de este tipo requiere una gran confianza en la tecnología y datos operativos suficientes para definir su rango de rendimiento.
Una empresa contratista de EPC que proporcione tanto la tecnología como la ejecución íntegra del proyecto también puede enfrentarse a posibles conflictos entre el rendimiento de los procesos, el coste de los equipos, el coste de la construcción y el calendario de obras. Los propietarios pueden preferir un licenciante independiente cuyas responsabilidades técnicas y garantías estén claramente definidas.
Los contratistas EPC también pueden preferir evitar los riesgos relacionados con el desarrollo tecnológico que podrían poner en peligro los resultados financieros de todo un proyecto.
Los intentos de combinar la tecnología y las capacidades de EPC se enfrentan a importantes obstáculos
Algunas empresas de EPC han intentado expandirse al ámbito de la concesión de licencias tecnológicas.
El Grupo Nacional de Ingeniería Química de China, por ejemplo, ha impulsado un T+EPC, o el modelo “Tecnología más EPC”, basado en el desarrollo interno y la adquisición de tecnología. Las empresas de ingeniería surcoreanas también han acumulado capacidades propias en determinadas aplicaciones de refino y procesos de producción de aromáticos.
Sin embargo, siguen existiendo varios obstáculos:
- Los licenciantes consolidados ya cuentan con amplias carteras de patentes en torno a las principales vías de proceso
- Es posible que las empresas de EPC carezcan de plantas piloto y de oportunidades para la validación industrial
- Los propietarios suelen exigir un historial de funcionamiento prolongado antes de aceptar una nueva tecnología de proceso.
- Las garantías de rendimiento para una tecnología aún no probada pueden suponer un riesgo financiero considerable.
Como consecuencia, solo un número limitado de empresas de EPC ha logrado desarrollar con éxito tanto amplias carteras de licencias de procesos como capacidades completas de ejecución de proyectos EPC.
La especialización mejora la eficiencia de los proyectos
La distinción entre la concesión de licencias tecnológicas y la ejecución de proyectos EPC pone de manifiesto las ventajas de la especialización industrial.
Los licenciantes de tecnología se centran en la investigación, el desarrollo de procesos, la ampliación de escala, los equipos propios, los catalizadores y los conocimientos técnicos operativos. Los contratistas EPC se centran en la integración de la ingeniería, el aprovisionamiento, la construcción, el apoyo a la puesta en marcha, el control de costes y la gestión de plazos.
La modularización de los conocimientos técnicos hace posible esta división. Un PDP agrupa los conocimientos propios sobre los procesos en un conjunto controlado de documentos y especificaciones que pueden transferirse a un contratista de ingeniería sin revelar todos los aspectos de la investigación subyacente del licenciante.
Esta estructura reduce los costes de coordinación y, al mismo tiempo, permite que cada participante se centre en sus puntos fuertes.
Cuando se construye una gran planta química, la tecnología de sus procesos puede proceder de empresas que conceden licencias, como Honeywell UOP, INVISTA o Linde, mientras que la ingeniería y la construcción pueden correr a cargo de empresas como Bechtel, Fluor, JGC o Samsung E&A.
Por lo tanto, la planta terminada es el resultado del trabajo coordinado entre los licenciantes de tecnología, los propietarios, las empresas de ingeniería, los proveedores de equipos y los contratistas de construcción.
Conclusión
Las tres etapas principales del diseño de una planta química desempeñan funciones distintas, pero estrechamente relacionadas entre sí:
- En Paquete de diseño de procesos define el proceso, los requisitos técnicos y los conocimientos operativos propios de la empresa.
- Ingeniería básica o FEED convierte esa tecnología en un concepto de ingeniería integrado y resuelve cuestiones importantes relacionadas con el diseño, la seguridad, los costes y la operatividad.
- Ingeniería de detalle elabora la documentación necesaria para la construcción, requerida para la contratación, la fabricación, la instalación y la puesta en servicio.
Ninguna de las tres etapas puede sustituir por completo a las demás.
La calidad del PDP determina si el proceso básico es técnicamente sólido. La calidad de la ingeniería básica determina si ese proceso puede plasmarse en una planta segura, operativa y económicamente viable. La calidad de la ingeniería de detalle determina si el diseño puede construirse con precisión y funcionar de forma fiable.
Por lo tanto, el reparto de responsabilidades entre los licenciantes de tecnología y los contratistas EPC no es una separación innecesaria. Se trata de una estructura consolidada de ejecución de proyectos basada en diferentes capacidades técnicas, modelos comerciales y perfiles de riesgo.
