Procesos industriales

Hoy por hoy las naciones, ciudades y pueblos no
tendrían calidad de vida sin la industria de
transformación de alimentos, gracias a los procesos se
puede transformar un alimento y obtener la oportunidad de
distribuirlos, aumentar su vida util y aprovecharlos
racionalmente.

Cualquier proceso que se pueda diseñar consta de
una serie de operaciones físicas y químicas que en
algunos casos son específicas del proceso considerado,
pero en otros, son operaciones comunes e iguales para varios
procesos. Generalmente un proceso puede descomponerse en la
siguiente secuencia:

1.- Materias Primas

2.- Operaciones físicas de
acondicionamiento

3.- Reacciones químicas

4.- Operaciones físicas de
separación

5.- Productos

Cada una de estas operaciones es una operación
unitaria. Este concepto fue introducido en 1915 en el
Massachussets Institute of Technology (M.I.T.). La
definición dada entonces, fue la siguiente:

"… todo proceso químico conducido en cualquier
escala puede descomponerse en una serie ordenada de lo que
pudieran llamarse operaciones unitarias, como
pulverización, secado, cristalización,
filtración, evaporación, destilación y
otros. El número de estas operaciones básicas no es
muy grande, generalmente sólo unas cuantas de entre ellas
intervienen en un proceso determinado." Con esta
simplificación se ha reducido la complejidad del estudio
de los procesos industriales, pues del conjunto de todos los
procesos químicos que pueden imaginarse bastará con
estudiar el grupo de las 25 ó 30 operaciones unitarias
existentes. Un proceso determinado será, por tanto, la
combinación de operaciones unitarias.

Cada operación unitaria tiene como objetivo el
modificar las condiciones de una determinada cantidad de materia
en forma más útil a nuestros fines. Este cambio
puede hacerse principalmente por tres caminos:

1.- Modificando su masa o composición
(separación de fases, mezcla,…)

2.-Modificando el nivel o calidad de la energía
que posee (enfriamiento, evaporización, aumento de
presión,..)

3.- Modificando sus condiciones de movimiento
(aumentando o disminuyendo su velocidad o su
dirección).

La industria de los alimentos requiere basar sus
procesos en métodos que permitan preservar cualidades
uniformes en los alimentos transformados. Para ejemplificar los
métodos basados en estudios científicos,
valdría la pena hacer mención del método
bien conocido como pasteurización, mismo que actualmente
se aplica en leche, jugos, refrescos y que fue resultado de
estudios científicos realizados por Luis Pasteur a finales
del siglo XIX. Actualmente, el conocimiento amplio y profundo de
la naturaleza y composición de los alimentos y de
conocimientos relacionados con los fenómenos
físicos han apoyado el desarrollo de estrategias aisladas
y combinadas que favorecen la conservación y
transformación requerida en la presentación de una
gran variedad de opciones para el consumidor. La enseñanza
ordenada y sistemática de la Tecnología de
alimentos es necesaria sobre todo en el ámbito de las
operaciones unitarias involucradas en la transferencia de calor,
mismas que requieren equipos que van de simples a sofisticados y
de cálculos de balance de materia y energía que den
la oportunidad de optimización de los procesos.
Operaciones, tales como secado, destilación,
extracción sólido-líquido, mezclado,
reducción de tamaño, son entre otras, operaciones
que al aplicarlas a los alimentos permiten, facilitan y/o mejoran
un manejo óptimo posterior de los materiales en otros
procesos o para su distribución.

Una de las tareas en las que utiliza más tiempo
el ingeniero consiste en la acumulación de datos de las
propiedades físicas, que son necesarias para estimar la
velocidad de los procesos de transportes de cantidad de
movimiento, transmisión de calor, transferencia de
materia, cinética de las reacciones químicas,
así como equilibrios físicos y químicos.
Dentro de las industrias de procesos, los balances de materia y
energía son importantes auxiliares en el diseño,
control, optimización y evaluación económica
de los procesos propuestos y existentes, así como de
decisiones sobre las operaciones que se presentan a diario, por
lo que tienen repercusión directa en la producción
y en la situación financiera de las
compañías; en consecuencia que el profesional
técnico desarrolle los conocimientos, habilidades y
actitudes que le permitan realizar el cálculo de balances
de materia y energía con la exactitud requerida

IMPORTANCIA DE
LOS PROCESOS INDUSTRIALES

Implementar procesos en una empresa ofrece soporte al
modelo de negocio y al de operación de cada
organización. Las organizaciones han adoptado la
administración de procesos como un marco de referencia
para la realización y coordinación de sus
actividades diarias. Esta adquisición y nuevo modo de
vida, ha ayudado a replantear y hacer más eficiente el uso
y manejo de recursos en las empresas y con su
implementación, una cadena de valor mejor soportada, logro
de objetivos, evitar el retrabajo, mayor claridad en las
actividades que corresponden a un rol, incremento de la calidad
de producto/servicio y mayor satisfacción del cliente, por
mencionar algunos beneficios del enfoque de procesos.

Hacer que una empresa opere con base en procesos o
mejora de los mismos no es fácil, e implica reconocer si
la organización tiene los conocimientos técnicos,
herramientas y métodos adecuados para ejecutarlos, apoyo y
autoridad de los directivos para incentivar la pronta
implementación, considerar la posible
automatización de un proceso ya existente si es necesario
y evaluar si hay apertura para cambiar el enfoque del sistema de
medición del desempeño.

Sin embargo, vale la pena considerar este reto. La
alineación a procesos es importante porque cuando se
diseñan, se basan y alinean a los objetivos de cada
organización, lo que ver con su modelo de negocio y
garantiza que las empresas dejan de ser departamentos
independientes y se transforman en sistemas integrados, a eso nos
llevan los procesos. Además, deberán ser
gestionados de manera permanente y esto permite que se cuide el
ritmo en la organización. Para facilitar esta actividad se
han clasificado en Estratégicos, Tácticos y
Operativos, cada tipo de proceso se gestionará por el rol
que tenga la responsabilidad correspondiente.

CLASIFICACIÓN DE PROCESOS
INDUSTRIALES

De acuerdo a la manera de introducir una
alimentación a un proceso y de extraer el producto, los
mismos pueden clasificarse en:

Proceso batch o por lotes: la alimentación
es cargada al comienzo de la operación en un recipiente y
luego de un cierto tiempo el contenido del recipiente es removido
o descargado. En este modo de operación, no hay
transferencia de materia a través de las fronteras sistema
(entendiendo por sistema cualquier porción arbitraria o
completa de un proceso establecido por el ingeniero para el
análisis). Esta operación también es llamada
cerrada aunque no debe asociarse este término a que
esté en contacto con la atmósfera, simplemente se
los llama cerrados porque no hay ingreso de materia a ser
procesada ni egreso de productos durante el tiempo en que ocurre
la transformación. Ej. agregado rápido de reactivos
a un tanque y extracción de los productos de
reacción y de los reactivos no consumidos luego de un
cierto intervalo de tiempo o una vez que el sistema alcance el
equilibrio.

Proceso contínuo: hay un flujo permanente
de entrada y de salida durante todo el tiempo que dura el
proceso, esto es, siempre hay un flujo de materia que ingresa por
las fronteras del sistema y otro que egresa por ellas mientras se
lleva a cabo la transformación. Ej. bombeado de una mezcla
líquida a un destilador y extracción permanente de
los productos de cabeza y fondo de la columna.

Proceso semicontínuo o semibatch:
cualquier forma de operar un proceso que no sea contínua
ni batch. Ej. Permitir el escape de un gas presurizado en un
contenedor a la atmósfera o introducir líquido en
un tanque sin extraer nada de él o sea, llenado de un
tanque o vaciado del mismo.

De acuerdo a la variación del proceso con el
tiempo, los mismos pueden ser clasificados en estacionarios o
transitorios.

Si en un proceso dado, los valores de las variables no
cambian en el tiempo, entonces el proceso está operando en
un estado estacionario. Por el contrario, si las variables del
proceso cambian en el tiempo, el proceso es operado en estado
transitorio o no estacionario. Por lo tanto, los procesos por
lotes o semicontínuos por su propia naturales, siempre
operan en estado transitorio mientras que los continuos pueden
hacerlo en estado estacionario o no. Los procesos batch
generalmente se usan cuando se procesan pequeñas
cantidades de reactivos o cuando son operaciones ocasionales
mientras que si se desean obtener grandes cantidades de producto,
se opera de modo continuo. Normalmente los procesos continuos se
llevan a cabo en estado estacionario (pueden existir
fluctuaciones menores alrededor de un valor medio que es
corregido por los sistemas de control) excepto en la puesta en
marcha/parada de un proceso.

Ejemplo de los tipos de proceso utilizando la
fabricación de un néctar de manzana

REPRESENTACIÓN GRÁFICA DE LOS
PROCESOS INDUSTRIALES

El hecho de que el diseño de procesos tenga como
finalidad conseguir la optimización de todas las
actividades integradas en los procedimientos elementales, no
significa precisamente que esto se logra por la sola idea de
planificar las operaciones. Por tal motivo, resulta oportuno
remarcar la preponderancia que tiene la supervisión de las
actividades si se pretende generar la mejora procesos y disminuir
al máximo las insuficiencias.Consecuentemente, de esto
surge, la necesidad de estudiar la implicancia del diseño
proceso desde una perspectiva global, que incluya todas las
funciones relacionadas con el proyecto
específico.

Simbologia.Son conocidos a nivel internacional diversos
conjuntos de Normas de dibujo para equipos de proceso, que se
pueden utilizar para el trazado de Esquemas de Procesos
Industriales.Entre las normas que se pueden utilizar están
las siguientes:Normas DIN (Alemania)

Normas ASTM American Society of Testing
Materials

Normas ASME American Society of Mechanical
Engineers

Normas ANSI American National Standars
Institute

Nornas MIL-STD US Military Estándar

Normas PDVSA L-TP 1.1

Diagramas simplificado de equipos.

Es el diagrama de ingeniería más simple
(es decir, no de carácter fundamental), donde se muestran
(en forma de iconos) los equipos necesarios para una planta de
proceso y interconexión entre ellos se representa por
líneas que enlazan un equipo con otro.Este diagrama es
apenas un pequeño paso más detallado que el
diagrama de flujo conceptual, consistente de simples cajas de
funcionalidad, sin mayor preocupación sobre la forma
específica de los transportes necesarios. Pero en este
diagrama de los equipos del proceso se captura, sin embargo, cada
equipo necesario para cumplir la funcionalidad de la caja negra y
los sistemas de transporte, al menos de materiales. En cada
equipo se especifican los grados de conversión, las
eficiencias y otros parámetros gruesos que reflejan el
requisito de diseño de cada uno. El ingeniero que
desarrolla este diagrama sabe, previamente, que los equipos que
ha puesto en el diagrama existen o que se les puede construir;
sin embargo, no ha realizado cálculos precisos de las
dimensiones, materiales de construcción, costos
detallados, etc.

VARIABLE DE LOS
PROCESOS INDUSTRIALES

En todo proceso tenemos diversas variables, las cuales
afectan las entradas o salidas del proceso., Masa, Densidad,
velocidad de los flujos, Concentración., Presión
Temperatura son las variables más comunes en los procesos
industriales, las cuales son monitoreadas y controladas por medio
de la instrumentación del proceso.

MODELADO Y
SIMULACION

Modelado es el proceso de construcción de un
modelo. Un modelo es una representación de un objeto,
sistema, o idea. Usualmente, su propósito es ayudar
explicar, entender o mejorar un sistema (Shannon, 1988). Los
modelos son útiles para:

El pensamiento: Al construir un modelo necesariamente se
debe ordenar y completar el conocimiento que del sistema real se
posee.

La comunicación: Un modelo elimina la
ambigüedad del lenguaje para comunicarse con
expertos.

El entrenamiento y la instrucción: Un modelo
puede ser utilizado para entrenar con

costo y riesgo casi nulos.

La predicción: Un modelo sirve para predecir la
conducta del sistema real.

La experimentación: La experimentación con
un modelo es barata y segura. Se emplea frecuentemente en el
diseño de un sistema.

El modelado es un arte. Cualquier conjunto de reglas
para desarrollar modelos tiene una utilidad limitada y
sólo puede servir como una guía sugerida. El arte
de modelar consiste en la habilidad para analizar un problema,
resumir sus características esenciales, seleccionar y
modificar las suposiciones básicas que caracterizan al
sistema, y luego enriquecer y elaborar el modelo hasta obtener
una aproximación útil. Los pasos sugeridos para
este proceso son:

1. Establecer una definición clara de los
objetivos.

2. Analizar el sistema real.

3. Dividir el problema del sistema en problemas
simples.

4. Buscar analogías.

5. Considerar un ejemplo numérico
específico del problema.

6. Determinar las variables de
interés.

7. Escribir los datos obvios.

8. Escribir las ecuaciones teóricas o
empíricas que describen los fenómenos presentes y
relacionan las variables de interés.

9. Si se tiene un modelo manejable, enriquecerlo. De
otra manera, simplificarlo.

Generalmente, simplificar un modelo implica:

· Convertir variables en constantes.

· Eliminar o combinar variables.

· Suponer linealidad.

· Agregar suposiciones más potentes y
restricciones.

· Restringir los límites del
sistema.

Para enriquecerlo se procede de la forma contraria.
Durante el proceso de modelado se debe alcanzar un equilibrio
entre el grado de detalle y el riesgo de falta de exactitud. El
mejor modelo, es el modelo más simple que puede resolver
el problema con el grado de exactitud requerido.

Un modelo debe ser:

· Fácil de entender por parte del
usuario.

· Dirigido a metas u objetivos.

· Sensato, en cuanto no de respuestas
absurdas.

· Fácil de manipular y controlar por parte
del usuario. Es decir, debe ser sencillo comunicarse con el
modelo

La simulación de procesos es una de las
más grandes herramientas de la ingeniería
industrial, la cual se utiliza para representar un proceso
mediante otro que lo hace mucho más simple y
entendible.

La Simulación es una de las herramientas
más importantes y más interdisciplinarias. El
usuario define la estructura del sistema que quiere
simular.

Una corrida del programa de simulación
correspondiente le dice cual será el comportamiento
dinámico de su empresa o de la maquina que está
diseñando. Así

podemos ver los pronósticos para la demanda y
utilidad de nuestro producto, o ver

cuando un mecanismo pueda fallar en las condiciones
adversas del ambiente donde funcionará.

Las aplicaciones de la simulación parecen no
tener límites. Actualmente se simulan los comportamientos
hasta las partes más pequeñas de un mecanismo, las
plantas productivas, sucursales bancarias, partidos y torneos de
fútbol, movimiento de los planetas y la evolución
del universo, para mencionar unos pocos ejemplos de las
aplicaciones de esta herramienta.

Cabe mencionar la creciente importancia de la
Simulación en la Investigación de operaciones y en
sus aplicaciones industriales. En los países altamente
desarrollados la simulación es una herramienta principal
de en los procesos de toma de decisiones, en el manejo de
empresas y la planeación de la producción. Los
modelo a simular se convierten en la plataforma mínima a
desarrollar sustentablemente, al disminuir el riesgo, adelantarse
a la competencia, pero sobre todo se justifica al maximizar los
recursos con un cliente satisfecho en los niveles de calidad y
servicio. Un Modelo puede simular el comportamiento financiero,
mide

el impacto de las decisiones operativas que se reflejan
en la tasa de retorno de la inversión, Predice el efecto
de una decisión en el largo plazo, el azar tiene cabida en
función de efectos externos de un evento fuera de control
de la empresa.

La Simulación hoy en día es cada vez
más amigable para el usuario, que no tiene que ser un
especialista en computación para poder hacer uso de ella y
poder tener

un pronóstico sobre un tema
determinado.

Algunas utilidades concretas que proporciona la
simulación de procesos.

1. Mejora la competitividad detectando ineficiencias
motivada por la descoordinación entre secciones de una
misma planta.

2. Anticipa lo que pasaría si cambiáramos
variables como unidades a fabricar, operarios, maquinas,
etc.

3. Informa de los costes reales por artículo,
valorando el impacto real de cada lote dentro del total a
fabricar.

La simulación es conveniente cuando:

· No existe una formulación
matemática analíticamente resoluble. Muchos
sistemas reales no pueden ser modelados matemáticamente
con las herramientas actualmente disponibles, por ejemplo la
conducta de un cliente de un banco.

· Existe una formulación
matemática, pero es difícil obtener una
solución analítica. Los modelos matemáticos
utilizados para modelar un reactor nuclear o una planta
química son imposibles de resolver en forma
analítica sin realizar serias simplificaciones.No existe
el sistema real. Es problema del ingeniero que tiene que
diseñar un sistemanuevo. El diseño del sistema
mejorará notablemente si se cuenta con un modelo adecuado
para realizar experimentos.

· Los experimentos son imposibles debido a
impedimentos económicos, de seguridad, de calidad o
éticos.En este caso el sistema real esta disponible para
realizar experimentos, pero la dificultad de los mismos hace que
se descarte esta opción. Un ejemplo de esto es la
imposibilidad de provocar fallas en un avión real para
evaluar la conducta del piloto, tampoco se puede variar el valor
de un impuesto a para evaluar la reacción del
mercado.

· El sistema evoluciona muy lentamente o muy
rápidamente. Un ejemplo de dinámica lenta es el
problema de los científicos que estudian la
evolución del clima. Ellos deben predecir la conducta
futura del clima dadas las condiciones actuales, no pueden
esperar a que un tornado arrase una ciudad para luego dar el
mensaje de alerta. Por el contrario, existen fenómenos muy
rápidos que deben ser simulados para poder observarlos en
detalles, por ejemplo una explosión.

Entre las posibles desventajas de la simulación
se pueden citar:

· El desarrollo de un modelo puede ser costoso,
laborioso y lento.

· Existe la posibilidad de cometer errores. No se
debe olvidar que la experimentación se lleva a cabo con un
modelo y no con el sistema real; entonces, si el modelo
está mal o se cometen errores en su manejo, los resultados
también serán incorrectos.

· No se puede conocer el grado de
imprecisión de los resultados. Por lo general
el

modelo se utiliza para experimentar situaciones nunca
planteadas en el sistema real, por lo tanto no existe
información previa para estimar el grado de
correspondencia entre la respuesta del modelo y la del sistema
real.

Actualmente la simulación presta un invalorable
servicio en casi todas las áreas posibles, algunas de
ellas son:

· Procesos de manufacturas: Ayuda a detectar
cuellos de botellas, a distribuir

personal, determinar la política de
producción.

· Plantas industriales: Brinda información
para establecer las condiciones óptimas de
operación, y para la elaboración de procedimientos
de operación y de emergencias.

· Sistemas públicos: Predice la demanda de
energía durante las diferentes épocas del
año, anticipa el comportamiento del clima, predice la
forma de propagación de

enfermedades.

· Sistemas de transportes: Detecta zonas de
posible congestionamiento, zonas con mayor riesgo de accidentes,
predice la demanda para cada hora del día.

· Construcción: Predice el efecto de los
vientos y temblores sobre la estabilidad de los edificios, provee
información sobre las condiciones de iluminación y
condiciones ambientales en el interior de los mismos, detecta las
partes de las estructuras que deben ser reforzadas.

· Diseño: Permite la selección
adecuada de materiales y formas. Posibilita estudiar la
sensibilidad del diseño con respecto a parámetros
no controlables.

· Educación: Es una excelente herramienta
para ayudar a comprender un sistema real debido a que puede
expandir, comprimir o detener el tiempo, y además es capaz
de brindar información sobre variables que no pueden ser
medidas en el sistema real.

· Capacitación: Dado que el riesgo y los
costos son casi nulos, una persona puede

utilizar el simulador para aprender por sí misma
utilizando el método más natural para aprender: el
de prueba y error.

Autor:

Ing. Karla De Santis