Estimación de costo de equipos

PROYECTO FIN DE CARRERA
DISEÑO DE UNA COLUMNA DE
DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE
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ÍNDICE
1.ANÁLISIS ECONÓMICO DE PROCESOS QUÍMICOS ESTIMACIÓN DE COSTES
DE CAPITAL…………………………………………………………………………..PÁG.3
1.1. TIPOS DE ESTIMACIONES……………………………………………………...PÁG.3
2. TÉCNICAS DE ESTIMACIÓN DE LOS COSTES DE EQUIPOS………………...PÁG.5
2.1 EFECTO DE LA CAPACIDAD EN LA ESTIMACIÓN DE LOS COSTES DE LOS
EQUIPOS………………………………………………………………………………PÁG.5
2.2 EFECTO DEL TIEMPO EN LA ESTIMACIÓN DE LOS COSTES DE LOS
EQUIPOS……. .... .... .. ……………………………………………………………….PÁG.6
3. TÉCNICAS DE ESTIMACIÓN DEL COSTE TOTAL DE LA PLANTA…………PÁG.8
3.1 MÉTODO DEL FACTOR DE LANG……………………………………………PÁG.10
3.2 MÉTODO DE MÓDULOS BASE DE REFERENCIA………………………….PÁG.10
4.RESOLUCIÓN……………………………………………………………………...PÁG.13

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1.ANÁLISIS ECONÓMICO DE PROCESOS QUÍMICOS ESTIMACIÓN
DE COSTES DE CAPITAL
1.1. TIPOS DE ESTIMACIONES
Las técnicas de estimación de los costes de capital se pueden clasificar atendiendo a
los criterios o información empleados para su realización. Cuanta más información
dispongamos de la planta, más precisa será la estimación y, simultáneamente, más
complicada de elaborar.
 Estimación en función del orden de magnitud
- Basada en información sobre costes de capital de plantas ya construidas.
- Se utilizan factores de cambio de escala apropiados para cada caso.
- Debe tenerse en cuenta la inflación
- Requiere simplemente de un diagrama de bloques de la planta
- +40% Coste estimado > Coste real > -20% Coste estimado
 Estimación en función de los equipos o unidades principales de la planta
- Basada en una lista de los equipos o unidades principales del proceso (Bombas,
compresores, turbinas, columnas, depósitos, reactores, hornos, quemadores e
intercambiadores de calor).
- Cada equipo se dimensiona de forma somera y se estima su coste.
- La suma total de los costes de cada equipo se corrigen para determinar el coste total
de la planta.
- Requiere del PFD de la instalación
 Estimaciones preliminares
- Basada en un dimensionamiento más detallado de cada uno de los equipos de la
instalación.
- Debe realizarse una primera distribución en planta de los equipos para estimar los
costes de tuberías, instrumentación y servicios eléctricos.
- Debe incluirse una estimación de los costes de los equipos empleados por los
servicios auxiliares.
- Requiere del PFD de la instalación, junto con los diagramas auxiliares de tuberías
(isométrico) y de disposición en planta.
 Estimaciones definitivas
- Basadas en las especificaciones detalladas de cada equipo o unidad, servicios
auxiliares, instrumentación, instalación eléctrica y servicios externos.

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- Requiere del PFD de la instalación, esquemas de los recipientes, diagramas
auxiliares de tuberías (isométrico) y de disposición en planta y los P&ID
preliminares.
 Estimaciones detalladas
- Es necesario disponer de la ingeniería de detalle completa del proceso y todos los
servicios auxiliares y externos.
- Requiere de información de los suministradores sobre los costes definitivos de cada
equipo principal.
- Tras esta fase de estimación de costes, se puede pasar a la fase de construcción de la
planta.
- Son necesarios todos los diagramas realizados.
40
30
20
10
0
1 10 100 1000
2 5 20 50 500
200
Precisión
de
la
estimación
de
costes
(%)
Coste de la estimación ($1000)
Estimación en función
del orden de magnitud
Estimación
en función
de unidades
principales
Estimación
preliminar
Estimación
definitiva
Estimación detallada
Error máximo
(sobrecoste real)
Error mínimo
(infracoste real)
Coste estimación
(Límite superior)
Coste estimación
(Límite inferior)

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2. TÉCNICAS DE ESTIMACIÓN DE LOS COSTES DE EQUIPOS
2.1 EFECTO DE LA CAPACIDAD EN LA ESTIMACIÓN DE LOS COSTES DE
LOS EQUIPOS
 A partir de la información actualizada del suministrador (directo)
 A partir del coste conocido de otro equipo similar previamente adquirido
Se corrige en función de la capacidad del equipo cuyo coste se quiere estimar:
n
b
a
b
a
A
A
C
C









siendo Ca y Aa respectivamente el coste y la capacidad (kW, m3
, m2
, etc...) del equipo que se
pretende estimar, y Cb y Ab el coste y la capacidad respectivamente del equipo previamente
adquirido en el que se basa la estimación. El valor medio de n para la mayoría de los equipos
está en torno a 0.6.
Tipo de equipo Rango válido para
la correlación
Unidades de
capacidad
Exponente de
coste, n
Compresor alternativo con
motor
Intercambiador de calor de
carcasa y tubos de acero al
carbono
Tanque vertical de acero al
carbono
Soplante de una etapa
Recipiente encamisado
220 - 3000
5 - 50
1 - 40
0.5 - 4
3 - 10
kW
m2
m3
m3
/s
m3
0.70
0.44
0.52
0.64
0.65
En www.pdhcenter.com/courses/g127/g127.htm se puede encontrar una tabla más
amplia para conocer los valores del exponente n.

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2.2 EFECTO DEL TIEMPO EN LA ESTIMACIÓN DE LOS COSTES DE LOS
EQUIPOS
Si el valor de Cb que tenemos como referencia está basado en años anteriores, es
necesario tener en cuenta el efecto de la inflación en el coste del equipo. Para ello:
1
2
1
2
I
I
C
C

Siendo C2 e I2 respectivamente el coste y el índice de coste para el equipo que se pretende
estimar en el momento actual, y C1 e I1 el coste y el índice de coste respectivamente del
equipo del que tenemos la información referida a años anteriores. Existen varíos índices de
coste para la industria química para ajustar el efecto de la inflación. Los dos más empleados
son:
1. Índice de Coste de Equipos de Marshall & Swift
2. Índice de Coste de Plantas de Ingeniería Química (CEPCI)
En la siguiente tabla se muestra la variación del segundo de estos índices hasta el año
2001.

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Año CEPCI
1980 261.2
1981 297
1982 314
1983 316.9
1984 322.7
1985 325.3
1986 318.4
1987 323.8
1988 342.5
1989 355.4
1990 357.6
1991 361.3
1992 358.2
1993 359.2
1994 368.1
1995 381.1
1996 381.7
1997 386.5
1998 389.5
1999 390.6
2000 394.1
2001 394.3
Cuanto más grande es el equipo, más bajo es el coste por unidad de capacidad
3. TÉCNICAS DE ESTIMACIÓN DEL COSTE TOTAL DE LA PLANTA
Si se dispone del coste total de una planta ya construida en la que se lleva a cabo el
mismo proceso productivo pero con una capacidad diferente a la de la nueva planta que
estamos diseñando, podemos emplear las ecuaciones ya vistas para corregir el cambio de
escala (usando el exponente n = 0.6) y la inflación (usando el CEPCI). Si esta información
no está disponible es necesario emplear otras técnicas.

















1
2
6
.
0
I
I
A
A
C
C
b
T
b
T
Si se han podido estimar previamente los costes individuales de los equipos, el coste
total de la planta no se puede estimar sumando simplemente cada uno de ellos, sino que es
necesario tener en cuenta otros costes adicionales. Dichos costes adicionales se calcularán a
partir de los costes estimados para los equipos y se reflejan en la siguiente tabla.

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Factor asociado con la
instalación de los
equipos
Símbo
lo
Comentarios
(1) Gastos directos del
proyecto
(a) Coste del equipo
franco fábrica
(b) Materiales
necesarios para la
instalación
(c) Mano de obra y
materiales para la
instalación
(2) Gastos indirectos del
proyecto
(a) Transporte,
seguros e
impuestos
(b) Supervisión de la
obra
(c) Gastos de
ingeniería del
contratista.
(3) Contingencias y
tarifas
(a) Contingencias
comunes
CP
CM
CL
CFIT
CO
CE
CCont
CFee
Coste estimado de venta del equipo fijado por el
suministrador.
Incluye todas las tuberías, aislamientos, protección
contra incendios, cimentaciones, estructuras,
instrumentación, sistemas eléctricos y pintados
relacionados con los equipos.
Incluye toda la mano de obra asociada a la
instalación del equipo, así como los materiales
mencionados en (a) y (b)
Incluye todos los gastos de transporte para
desplazar los equipos y materiales hasta el
emplazamiento de la planta
Incluye todos los gastos complementarios, tales
como vacaciones y pagas por invalidez total o
permanente, gastos de los trabajadores (seguridad
social y seguro de desempleo), así como los salarios
del personal de supervisión de la obra.
Incluye los salarios y gastos asociados del personal
de los departamentos de ingeniería, delineación y
gestión de proyectos.
Factor que incluye circunstancias inesperadas, tales
como las pérdidas por desastres meteorológicos,
huelgas, pequeños cambios en el diseño e
incrementos inesperados de precios.

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(b) Tarifa del
contratista
(4) Servicios auxiliares
(a)
Acondicionamiento
del emplazamiento
(b) Edificios
auxiliares
(c) Sistemas externos
auxiliares
CSite
CAux
COff
Esta tarifa depende del tipo de planta y la situación
del mercado.
Incluye el coste del terreno, movimiento y
asentamiento de tierras, acometidas de electricidad
y agua de red, líneas de saneamiento, construcción
de viales, aceras y zonas de estacionamiento.
Incluye las oficinas de administración, salas de
mantenimiento y control, almacén de suministros y
edificios de servicios (cafetería, vestuarios,
servicios médicos, ...)
Incluye almacenes para materias primas y productos
terminados, muelles de carga y descarga, equipos
para suministro de utilities (distribución de
combustible, vapor de agua, agua de refrigeración,
....) servicios de control ambiental (tratamiento de
aguas, incineradoras, antorchas, ...), y sistemas de
protección auxiliares.

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3.1 MÉTODO DEL FACTOR DE LANG



n
i
i
p
Lang
T C
F
C
1
,
CT = Coste de capital total de la planta
Cp,i = Coste estimado de cada uno de los equipos principales de la planta
n = Número total de equipos
FLang = Factor de Lang
Tipo de planta química
Factor de Lang
FLang
Planta de procesamiento de fluidos
Planta de procesamiento de sólidos y
fluidos
Planta de procesamiento de sólidos
4.74
3.63
3.10
3.2 MÉTODO DE MÓDULOS BASE DE REFERENCIA
BM
p
BM F
C
C 
 0
CBM = Coste de cada equipo. Incluye los costes directos e indirectos de cada unidad.
C0
P = Coste estimado en las condiciones del módulo base de referencia.
FBM = Factor del módulo base de referencia. Factor que tiene en cuenta todos los
costes adicionales reflejados en la tabla anterior, los materiales específicos de construcción y
las condiciones de operación reales.
Las condiciones del módulo base son:
1. Unidad fabricada en el material más habitual (Acero al carbono)
2. Unidad operada a presión próxima a la atmosférica.
Para el cálculo de cada uno de los factores reflejados en la tabla anterior se emplean
las siguientes expresiones:
1(a). 0
0
p
p C
C 

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1(b). 0
p
M
M C
C 

1(c).  
M
p
L
L C
C
C 
 0

2(a).  
M
p
FIT
FIT C
C
C 
 0

2(b). L
O
O C
C 

2(c).  
M
p
E
E C
C
C 
 0

)
(
)
( 0
0
E
O
FIT
L
M
p
BM C
C
C
C
C
C
C 





Por tanto:
)
1
)(
1
(
0
E
L
O
FIT
L
M
BM
F 




 





3(a). 0
BM
Cont
Cont C
C 

3(b). 0
BM
Fee
Fee C
C 

Los valores de los coeficientes  para cada tipo de equipo se pueden consultar en la
bibliografía, aunque es más frecuente encontrar directamente el valor de F0
BM para cada tipo
de equipo específico.
Para obtener el valor final FBM (en las condiciones de presión y materiales reales) se
pueden emplear gráficas en las que aparece este parámetro en función de FM y FP, que
corresponden a los factores de corrección en función de la presión y de los materiales
empleados. Cuando la presión es 1 atmósfera y el material empleado es acero al carbono,
tenemos las condiciones del módulo base, por lo que ambos factores valdrán la unidad.
Como fuente de información para estos coeficientes se recomienda Turton, R.
Analysis, Synthesis, and Design of Chemical Processes. Basándonos en la información
recogida en este anexo, podemos resumir el procedimiento general para estimación del coste
de los equipos en los siguientes 5 pasos:
1. Obtener el valor de C0
p para el equipo correspondiente empleando la expresión:
2
3
2
1
0
)
(log
log
log A
K
A
K
K
Cp 


El valor obtenido corresponde al coste base del equipo construido en acero al
carbono y para presión de trabajo 1 atm.
2. Obtener el valor del factor de corrección en función del tipo de material (FM) en
las tablas correspondientes. Obtener el valor del factor de corrección en función de la
presión de trabajo (Fp) empleando la expresión general:

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2
3
2
1 )
(log
log
log P
C
P
C
C
Fp 


Las unidades de esta última expresión son presión relativa (barg). Para algunos
equipos concretos esta expresión puede tomar otra forma alternativa.
3. Calcular el factor del módulo base de referencia FBM a partir de los datos obtenidos
en el apartado 2:
P
M
BM F
F
B
B
F 2
1 

4. Se calcula el coste de cada equipo a partir de:
BM
p
BM F
C
C 
 0
5. Por último, teniendo en cuenta que los datos que empleamos están referenciados a
un determinado año (CEPCI = 2005), es necesario actualizar el coste hasta el
momento actual empleando:
1
2
1
2
I
I
C
C

Para estimar finalmente el coste total de la planta es necesario saber las
características de la nueva instalación. Si se trata de una unidad o una ampliación
relativamente pequeña de una planta que se añade a una ya existente, el coste total
(incluye los gastos del apartado 3) se estima a partir de:

 



n
i
i
BM
n
i
i
TM
TM C
C
C
1
,
1
0
, 18
.
1
Para el caso de una planta completamente nueva (sobre terreno limpio), el coste total
(incluye además los costes del apartado 4) se estima a partir de:




n
i
i
BM
TM
GR C
C
C
1
0
,
35
.
0

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4.RESOLUCIÓN
A continuación calcularé el coste de los equipos:
El algoritmo que voy a utilizar es el que sigue:
1.Primero hay que obtener C0
p.
2.Calcular el factor de presión
3.Calcular el factor de material.
4.Calcular FBM
5.Calcular CBM
6.Adaptar los costes al 2005.
Rehervidor:
El primer paso consiste en saber C0
P (Coste estimado en las condiciones del módulo
base de referencia) para ello utilizo las tablas del anexo para la que es necesario conocer el
área del intercambiador que es de 22,78 m2
. Con este valor puedo saber los dólares/ m2
(1400), si este valor lo multiplico por el área ya si se Cpo= 31892 dólares.
Para equipos que están fabricados con otros materiales de construcción y/o operando
a presión ambiente los valores de FM y FP son mayores de 1. El efecto de la presión en el
coste del equipo se considera lo primero. Como en mi caso no estamos trabajando a presión
atmosférica tengo que calcular el factor de presión con:
2
3
2
1 )
(log
log
log P
C
P
C
C
Fp 


La presión de trabajo es de 10 bares y las tres constantes que aparecen son:
C1 = 0,03881
C2 = -0,11272
C3 = 0,08183
P = 9 barg
Por lo tanto FP = 1,01335227.
El siguiente paso es calcular FM para ello utilizo la tabla que aparece en el anexo y
veo el número de identificación del equipo (que en este caso es 5 ya que es un
intercambiador de calor con la carcasa y los tubos de acero inoxidable). Con este número de
identificación puedo saber el factor de material usando la gráfica del anexo, el valor que
obtengo es de 2.73.
Ahora es necesario saber cuanto valen las constantes B1 y B2, para ello veo la tabla
que aparece en el anexo, que son 1.63 y 1.66 respectivamente. Con todos estos datos ya
pedo saber el coste del equipo sustituyendo en la ecuación:
P
M
BM F
F
B
B
F 2
1 


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El valor que obtengo de FBM es de 6,222309819, y sustituyendo en la expresión
siguiente:
BM
p
BM F
C
C 
 0
obtengo un coste del equipo de 127765,7987 dólares, que pasados a euros da una cantidad
de 111.023,37 €.
El último paso es actualizar esta cantidad al 2005, para hacer esto utilizo:
1
2
1
2
I
I
C
C

donde:
C1 = 111.023,37 €
I1= 394.3
I2 = 400.1, lo calculo viendo la linea de tendencia que sigue el CEPCI con los años.
C2 = es lo que quiero calcular
Por lo tanto C2= 112656,4798 euros.
Condensador:
Para calcular el condensador se van a seguir los mismos pasos que para el rehervidor,
primero miraré en la gráfica del anexo cuánto vale el intercambiador en dólares por m2
, lo
que da un valor de 1400, si este valor lo multiplico por área de intercambio -22.78 m2
-
obtengo que el coste estimado es de 31892 dólares.
Como al igual que en el caso anterior no estamos trabajando a presión ambiente hay
que calcular el factor de presión para ello utilizo la siguiente expresión:
2
3
2
1 )
(log
log
log P
C
P
C
C
Fp 


donde:
C1 = 0,03881
C2 = -0,11272
C3 = 0,08183
P =9 barg.
Estas constantes proceden de una tabla donde sabiendo que es un intercambiador de
carcasa y tubo y el rango de presión a la que se trabaja (5<P<140 bar) se pueden saber, la
presión de trabajo es de 10 bares (9 barg), sustituyendo obtengo un valor de FP =
1,01335227.

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El siguiente paso es calcular el factor de material para calcularlo utilizo la tabla y la
gráfica del anexo; en la tabla veo el número de identificación que le corresponde según el
material utilizado y el tipo de intercambiador, este número es 5 (igual que en el caso
anterior) ya que se trata de un intercambiador de carcasa y tubo de acero inoxidable, y con
este nuevo dato me voy a la gráfica y veo que para este número de identificación el factor de
material es de 5.
El paso que viene a continuación es saber el valor de las constantes B1 y B2, que se
puede saber fácilmente viendo la tabla correspondiente donde sabiendo que se trata de un
intercambiador de carcasa y tubo se ven, estas constantes valen 1.63 y 1.66 respectivamente.
Por lo tanto ya puedo saber cuánto vale el coste del equipo sustituyendo en la
ecuación:
P
M
BM F
F
B
B
F 2
1 

siguiente:
BM
p
BM F
C
C 
 0
obtengo que el coste del equipo es de 198441,9047 dólares, que en euros da un total de
172438,0787 € , como esta cantidad está referenciada al 2001 el siguiente paso seria saber
cuánto vale este equipo en el 2005, para ello utilizo la siguiente expresión:
1
2
1
2
I
I
C
C

donde:
C1 = 172438,0787 €
I1= 394.3
I2 = 400.1

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Columna de destilación:
Para calcular el precio de la columna de destilación hay que dividir la columna en
dos partes: la primera, es el tanque, y la segunda, los platos que están en el interior. El
procedimiento para calcularla es prácticamente el mismo que para los dos anteriores, el
primer lugar hay que calcular el volumen del tanque (que es el de un cilindro) y que es igual
a 5.43 m3
, con este dato junto con el valor de las tres constantes (k1, k2 y k3) ya puedo saber
el valor del tanque vertical con la siguiente expresión:
Log10 C0
p = k1 + k2log(V) +k3*log(V)2
Donde:
K1 = 3,4974
K2 = 0,4485
K3 = 0,1074
Por tanto C0
p = 7672,665949.
El siguiente paso es saber el valor de las constantes B1 y B2 que son
respectivamente 2.25 y 1.82. A continuación hay que saber el factor de material para ello es
necesario saber el número de identificación (20) para verlo en la tabla, en este caso es de
3.11.
El siguiente punto a calcular es el factor de presión que se calcula de manera
diferente a los dos intercambiadores anteriores, cuando la presión a la que opera una pieza
de un equipo aumente, el espesor de las paredes del equipo también aumenta ya que el
esfuerzo que deben de soportar se incrementa, para poder calcular es espesor de las paredes
se utilizará la expresión que sigue:
t = PD / (2SE-1.2P) + CA
donde t es el espesor de la pared en metros, P es la presión de diseño (10 bares), D es
diámetro del tanque (1.067 m), S es la máxima presión de trabajo permitida del material en
bar, E es la eficiencia de la soldadura, y CA es la corrosión permitida en m. La eficiencia
depende del tipo de soldadura y del grado de examen de la soldadura, valores típicos están
comprendidos entre 1.0 y 0.6, la corrosión permitida depende del tipo de servicio y los
valores típicos suelen estar comprendidos entre 3.15 y 6.3 mm (0.125 a 0.25 pulgadas). Sin
embargo para medios muy agresivos se suele utilizar grafito o cristal para recubrir la
estructura de metal. Finalmente la máxima presión de trabajo permitida del material de
construcción, S, depende no solamente del material sino también de la temperatura de
trabajo. Algunos valores típicos de S aparecen en la tabla del anexo, para trabajar con esta
tabla busco en el eje de abscisas la temperatura de trabajo (90 ºC) y el material (que en este
caso es de acero inoxidable de grado 410) y obtengo una presión de 1160 bares, con todo lo
anterior ya puedo calcular el espesor, donde:
P = 10 bares

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D = 1.067 m
S = 110bares
E = 1
CA = 0.0035 m
Por tanto el espesor es de 0,0086325 m, con este dato ya puedo saber el factor de
presión con la ecuación siguiente:
FP = (PD / (2SE-1.2P) + CA)/TMIN
El espesor mínimo es de 0.0063 m y el calculado es de 0,0086325, la presión de
trabajo es superior a -0.5 barg, y en este caso P =9 barg por lo tanto el valor de FP =
1,158552542.
Ya puedo calcular el valor de FBM con la siguiente ecuación:
P
M
BM F
F
B
B
F 2
1 

siguiente:
BM
p
BM F
C
C 
 0
obtengo que el coste de la torre es de 67578,07261 dólares, 58763,5414 €.
Para saber el coste de los platos de la torre primero tengo que saber el área que es de
0,89416717 m2
para poder estimar el coste a partir de:
Log10 C0
p = k1 + k2log(A) +k3*log(A)2
Donde:
K1 = 2,9949
K2 = 0,4465
K3 = 0,3961
Por tanto C0
p = 942,2004565 dólares El número de platos es 10, para saber
FBM busco el número de identificación de los platos que es de 61 y con éste sé mirando en la
figura A.9 que FBM = 1.83.
El último factor que hay que calcular es Fq, que se hace de la siguiente manera:
logFq = 0.4771 + 0.0851log(N)-0.3473log(N)2

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PRESUPUESTO
MEMORIA
donde N = 10.
Por lo tanto CBM = CpNFBMFq, sustiyendo los datos anteriores obtengo que es de
28542,6571 dólares, 24.819,7018 euros.
Por último sumo el coste de la torre y el de los platos y me da un valor de
96120,7297 dólares, 83.525,07 € , esta cantidad hay que referenciarla al 2005 con:
1
2
1
2
I
I
C
C

donde:
C1 = 96120,7297
I1= 394.3
I2 = 400.1
Por lo tanto haciendo una tabla resumen del coste de los equipos:
Coste (euros)
rehervidor 112.656,4798
condensador 174.974,5759
Columna + platos 84.753,69119
Si sumamos el coste de los tres equipos me da un total de 372384,7469 euros.
El material que he utilizado para la construcción de los equipos es el acero
inoxidable o alta aleación de acero que posee mas del 12% de cromo y una resistencia a la
corrosión excelente, además de una buena resistencia química. Si hubiera utilizado acero al
carbono el coste los equipos habría disminuido pero la resistencia química y a la corresión
hubiera bajado considerablemente.

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PRESUPUESTO
MEMORIA
Una tabla resumen de material y coste sería la que sigue:
Material Coste relativo
Acero al carbono el más barato
Baja aleación de acero bajo-moderado
Acero inoxidable moderado
Aluminio y aleaciones de aluminio moderado
Cobre y aleaciones de cobre moderado
Titanio y aleaciones de titanio alto
Niquel y aleaciones de niquel alto
Considero que el mejor es el acero inoxidable por la relación calidad-precio.

Estimación de costo de equipos

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