Introduccion a Procesos Industriales

UNIVERSIDAD SAN PEDRO INGENIERÍA INDUSTRIAL

PROCESOS INDUSTRIALES ING. LUIS HUGO AVALOS AURORA

INTRODUCCION A PROCESOS INDUSTRIALES ¿QUÉ ES UN PROCESO? Un proceso es una secuencia de actividades que tienen un inicio y un final, donde hay entradas y salidas, donde se genera valor agregado.

Un proceso se constituye de:

*Equipos.- herramientas; software y hardware. *Entradas o qué se recibe.- de dónde y de quién. *Métodos ó procedimientos.- formas; instrucciones; controles. *Recursos.- gente; destrezas; experiencia. *Salidas.- cómo, cuándo; a quién se entrega. *Mediciones.- sobre objetivos y metas metas de calidad, seguridad, resultados y rendimientos ¿QUÉ ES UN PROCESO INDUSTRIAL? Un proceso de fabricación, también denominado proceso industrial, manufactura o producción, es el conjunto de operaciones necesarias para modificar las características de las materias primas. Dichas características pueden ser de naturaleza muy variada tales como la forma, la densidad, la resistencia, el tamaño o la estética. Se realizan en el ámbito de la industria.

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I.- ESTRUCTURA DE LOS PROCESOS INDUSTRIALES DESDE EL FLUJO DE MATERIA 1.- FACES DE UN PROCESO INDUSTRIAL Los procesos están conformados por varias series de actividades, en donde el proceso se puede dividir en 3 fases: a.- La Preparación de las características de las materias primas que van a ingresar al proceso. b.- La materia prima es procesada para obtener el producto bruto esperado. c.- Se realizan actividades de tratamiento para darle la presentación final al producto.

2.- TIPOS DE FLUJO DE MATERIA El flujo de materiales presenta algunos tipos para los procesos en general como para las operaciones de este. * Flujo directo.- los materiales que entran a ser procesados salen en igual cantidad en producto

terminado. * Flujo divergente.- en la mayoría de los procesos existe un residuo del material como salida junto al producto terminado. * Flujo convergente.- Es la entrada de varias materias primas para obtener un solo producto.

3.- PROPIEDADES DE LOS MATERIALES Los materiales están integrados en dos grupos según los átomos que estén contenidos en su estructura molecular: 

Los materiales inorgánicos no poseen carbono en su composición molecular, y



Los materiales orgánicos poseen en su estructura molecular carbono e hidrogeno.

Estos materiales poseen unas series de propiedades que los hacen diferente a los demás.

a.- Propiedades físicas.- Cuando se realiza la medición no hay cambios en la composición del material, son propiedades que se pueden percibir con los sentidos es decir son organolépticas, como el comportamiento eléctrico, magnético, volumen, peso, masa entre otros. 2



b.- Propiedades químicas.- Es la capacidad de reacción del material frente a otro para transformarse en otro compuesto.

c.- Propiedades biológicas: Determinan los comportamientos de los materiales vivos en procesos industriales

d.- Propiedades mecánicas.- Son las propiedades del material al someterlo a esfuerzos o implicarle fuerza, se puede determinar la resistencia mecánica, ductilidad, rigidez, desgaste entre otros.

e.- Propiedades tecnológicas.-

Son conocidas cuando se establece el comportamiento del

material en operaciones del proceso y las nuevas propiedades que se adquieren o son mejoradas en el material, estos cambios traen beneficios al trabajo en los procesos y se obtienen mejores materiales

4.- COMPOSICIÓN O ANÁLISIS DE LOS MATERIALES. En las fichas técnicas de los materiales se encuentran los componentes que los constituyen y en qué cantidad se encuentran, esto es conocido como composición. Se puede representar en dos formas: a.- En bases decimales, es decir 1, 10, 100, 1000 o, b.- Como expresiones de relación,

La composición en base 1 se denomina fracción, en base 100 como análisis porcentual , las demás bases se denominan como bases por ppd (partes por diez), ppm (partes por millón). Estas últimas relacionan la masa (M), las moles (N), y el volumen de los componentes del material. M/M, N/N, V/V, M/V, N/V, V/M, V/N, M/N, N/M. La relación más trabajada es la:

densidad = M/V.

5.- BALANCE DE MATERIA Al conocer los materiales que intervienen en un proceso, es necesario conocer las cantidades de cada uno para el proceso. Por este motivo se puede verificar el rendimiento de los materiales en el proceso final. El conteo de los materiales que entran y salen de un proceso en una unidad de tiempo o producción se conoce como balance de la materia, este cálculo es determinado por la ley de la conservación, la cual dice que la materia y la energía no se crea ni se destruye solo se transforma , debido a esto se tiene:

Todo lo que entra = Todo lo que sale Dependiendo los flujos de materia los balances cambian así: * Operación de flujo directo * Operación de flujo divergente * Operación de flujo convergente

material 1 = material 2 material 1 = material 2 + material 3 material 1 + material 2 = material 3

Al igual que como se realiza el balance de materia por cada actividad del proceso es posible contabilizar el material para todo el procesamiento en un sistema que encierre todas las actividades.

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El balance de masa se puede realizar en unidades de masa, y también en unidades de volumen pero no mezclar las unidades en la ecuación de balance de materia.

6.- RECURSOS QUE MANEJAN LOS MATERIALES EN LOS PROCESOS INDUSTRIALES Además de fijar las actividades de los procesos, las propiedades y cantidades que participan en el procesamiento. También es importante reconocer otros recursos que están en contacto con la materia, los cuales ayudan al flujo de materiales en su circulación por el proceso. Estos son:

a.- Equipos y maquinas.- están compuestas por partes o piezas o rganizadas que obedecen a mecanismos físicos para dirigir o regular los flujos de materia. 

Datos generales.- sirven para ubicar el equipo en la planta. (Fabricante, # de serie, modelo

etc.) 

Datos mecánicos.- corresponden a la información de partes o piezas del equipo, materiales

de construcción, capacidad máxima entre otros. 

Datos de operación.- ficha técnica de cómo trabaja el equipo en la producción.



Registro de inspecciones y mantenimientos realizados.- ayuda a justar la administración del

equipo. 

Catálogos y planos proporcionados por los fabricantes.

b.- Herramientas.- instrumentos utilizados en la manipulación de materiales durante las operaciones del proceso industrial.

c.- Personas.- las personas están en contacto con el material cuando escasea la tecnificación en el proceso industrial. Son las que comunican y realizan todas las actividades en los procesos manuales. La empresa decide el nivel de capacitación del trabajador y debe preocuparse por un buen diseño del puesto de trabajo para tener un correcto desempeño para esto debe precisar un óptimo estado de los siguientes factores:

d.-



Seguridad,



Higiene del trabajo



Orden



Iluminación



Vibraciones



Condiciones climáticas



Ventilación



Ergonomía y horas de exposición al trabajo.

Instalación industrial .- lugares de almacenamiento; aéreas para estar temporalmente quietos alrededor de las maquinas; zonas de circulación para ser trasportados a diferentes puntos del proceso y espacio propio entre máquinas y personas para que ocurra la transformación de materiales. Una excelente distribución de planta ofrece un manejo óptimo del proceso industrial.

7.- Formato para la estructura del proceso industrial .

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II. ESTRUCTURA DE LOS PROCESOS INDUSTRIALES DESDE EL FLUJO DE ENERGIA La energía tiene un gran costo para cualquier empresa u organización, es un recurso necesario en el diseño de los procesos industriales. Como ingenieros industriales tenemos la obligación de contabilizar la energía que entra y sale de las unidades de proceso industrial. Una mala eficiencia de los flujos de energía en la mayoría de los casos son desperdicios en el proceso, es de relevancia aprovechar todos los recursos que trabajan en el proceso para captar toda la energía de sus fuentes y de esta manera mostrar procesos limpios, sin emisiones y con excelente armonía con el medio ambiente.

2.1. Tipos de energía en los procesos industriales La energía es la capacidad o habilidad para realizar un trabajo, como es el flujo de energía térmica, que corresponde al manejo del calor en las actividades del proceso industrial, como lo puede ser la energía de los materiales, produciéndose un aumento en la temperatura o un enfriamiento.

Flujo de energía química.- está presente en los procesos industriales cuando se libera o se absorbe energía en las reacciones químicas que ocurran. Este tipo de reacciones se conocen como exotérmicas y endotérmicas.

Flujo de energía mecánica.- este tipo de energía se proporciona a un proceso industrial, mediante cambios de presión, velocidad y posición de los materiales por medio de los mecanismos físicos de las máquinas. Los nombres de estas energías utilizadas en los cambios son: energía de presión,

energía cinética y energía potencial. Flujo de energía eléctrica.- el movimiento de electrones en un material conductor permite este tipo de flujo en un proceso industrial. Esta se transporta por medio de tendidos de red eléctrica donde se puede utilizar en tres fases, monofásica que es 110 voltios, bifásica es aquella de 220 voltios y trifásica que es de 440 voltios.

Flujo de energía humana .- es aquella forma de energía que es ejecutada por parte del ser humano, en las actividades manuales del proceso industrial, en los diferentes trabajos hay una mayor o menor desgaste energético, esto determina la carga metabólica de los trabajadores.

2.2. Suministro del flujo de energía a los procesos industriales La energía se obtiene de diferentes fuentes para suministrarla o transferirla directa o indirectamente a las actividades del proceso. En otro caso se emplea el medio de transferencia de energía antes de actuar en los procesos.

Las fuentes de energía pueden ser renovables; como los son la madera, los desechos animales, la materia vegetal, la energía eólica, la energía hidroeléctrica. Las no renovables como el carbón, el gas natural, el petróleo. Cada forma energética procede de una fuente, donde se utilizan varios medios físicos para transferirse y transformarse en otros flujos de energía a través de ciertos principios mecánicos. Es importante enfocarse en los procesos industriales, que un flujo de energía se puede transformar en otro según lo requieran las transformaciones de la materia como se evidencia en los siguientes aspectos. * Energía eléctrica se convierte en mecánica cuando el campo electromagnético de un motor induce movimiento a un eje unido a un agitador. * Energía química de una combustión en una caldera genera energía térmica, pues este calor pasa por el agua, produciendo una variación de temperatura hasta convertirse en vapor. * La energía humana pasa a ser mecánica cuando el operario acciona un mecanismo de cierta maquina e instantáneamente funcionan sus partes.

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2.3 Balance de Energía La energía de un proceso será la misma, en la entrada y en la salida. En la ecuación del balance de energía se aprovecha en el proceso debido a que una parte se transfiere al medio ambiente y se considera como perdidas energéticas mientras que otra esta acumulada en los materiales que no salen de los equipos y finalmente parte de energía entrante moviliza el proceso a través de los diferentes tipos de flujos de energía. Los términos de calor, trabajo y pérdida energética corresponden a los flujos de energía únicamente; los demás valores de esta ecuación como energía acumulada y energía interna, son los flujos de materiales con contenido energético. Esta segmentación permite realizar cálculos independientes para cada tipo de flujo de energía.

2.3.1 Ecuación para el flujo de Energía térmic a Esta energía está relacionada al manejo de calor. Por esta razón la cuantificación de la cantidad de calor que se emplea en un proceso industrial, se relaciona con los siguientes conceptos.

Calor especifico o capacidad calorífica.- es la medida de energía térmica que requiere una unidad de masa de cualquier material para aumentar su temperatura en un grado 1ºC los valores de calores específicos se presentan en las tablas de vapor, para un determinado rango de temperaturas o presión.

Calor latente.- es la cantidad de energía térmica que se suministra o se retira a una unidad de masa de una substancia para cambiar su estado original. Los calores latentes se tabulan en función de temperatura y presión constante.

Entalpia.- es una propiedad energética de los materiales que expresa el contenido de energía interna por la estructura molecular más la energía de presión que actúa sobre el material a una temperatura determinada. La entalpia se expresa en BTU/LIBRAS Y Kcal/Kg.

Calor sensible.- es la cuantificación de la energía térmica que se transfiere a un material para cambiar su temperatura sin cambio de fase, estos calores sensibles se determinan a través de variaciones de energía interna o entalpia.

2.3.2 Ecuación para el flujo de energía química La energía química se desarrolla durante la generación de nuevos productos a partir de la reacción química entre los reactivos o materiales que inician el proceso. Los cambios energéticos que ocurren durante la reacción se manifiestan como calor en dos sentidos: cedido o absorbido del medio externo. En el primer cambio energético se presentan reacciones exotérmicas y en el segundo caso reacciones endotérmicas.

2.3.3 Ecuación para el flujo de energía mecánica Para el balance del flujo de energía mecánica se analizan los cambios de presión, velocidad y posición de los materiales a la entrada y salida de las actividades del proceso industrial. El trabajo mecánico que se introduce o se retira del sistema del proceso y la energía que se pierde por la fricción de los materiales en la maquinaria. Las pérdidas de energía se presentan por las rugosidades internas de los materiales de construcción de las tuberías y accesorios que conducen los fluidos entre los equipos que intervienen en el proceso industrial. Estas pérdidas se han calculado en los accesorios, haciendo la equivalencia para cada uno como si se reemplazaran por tubería, denominando esta medida como longitud equivalente de dicho accesorio.

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2.3.4 Ecuación para el flujo de Energía eléctrica La contabilización de la energía eléctrica es relevante industrialmente, se consume en gran cantidad. El cálculo del consumo se realiza a partir de las potencias que se manejan en los motores de cada maquinaria y de los aprovechamientos directos de las redes eléctricas.

2.3.5 Energía para el flujo de energía humana Toda actividad humana exige desgaste energético a la persona que la realiza, por esta razón se valora la energía humana desde la producción de calor durante la ejecución de un trabajo. El cálculo de producción de calor o consumo de energía a nivel experimental, se efectúa sobre el consumo de oxigeno durante la actividad y se convierta en unidades de calor, por cada litro de oxigeno que se inspira se tiene un calor equivalente aproximado de 5 kilocalorías.

2.4 Recursos que maneja la energía en los procesos industriales La movilidad de un proceso industrial aparece cuando se trasmiten los diferentes tipos de energía a los recursos que lo componen. Específicamente para el suministro de energía, se emplean los servicios industriales y otros recursos para el manejo energético del proceso. Los servicios industriales estructuran procesos auxiliares que alimentan el proceso principal donde se genera el producto, por lo que proporcionan materiales que no aparecen en el producto final, pero suministran energía. Los servicios industriales también se conducen a través de equipos o maquinarias e instalaciones eficientes para estos procesos auxiliares como: * Combustibles. * Vapor. * Aceite. * Aire comprimido. * Electricidad.

III. ESTRUCTURA DE LOS PROCESOS INDUSTRIALESDESDE EL FLUJO DE INFORMACIÓN Además de los flujos de materiales y de energía, en los procesos industriales se involucrara el flujo de información para ejecutar, controlar y evaluar los cambios en las actividades que conforman el proceso. En cada operación o paso, se requiere conocer la siguiente información: * Propiedad de los materiales * Cantidad de los materiales * Energía necesaria para movilizarlos * Condiciones óptimas de operación * Diseño y forma del producto * Controles exigidos y establecidos para finalizar con éxito el proceso entre otros

3.1 Flujo de información Es la recopilación de datos de cada proceso, algunos la tienen en formatos mientras se desarrolla el proceso o simplemente observando la secuencia del mismo.

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Esta información ayuda a la evaluación del proceso y se tiene de manera organizada, para poder plantear las actividades correctivas optimizándolo y teniendo una muy buena calidad en el proceso. Está conformado por: * Los recursos que se emplean en el proceso * Las actividades que conforman el proceso industrial * Los parámetros de los controles que s e fijan para evaluar la calidad * Los formatos de las estructuras de cada flujo en los que se consiga la información

3.2 Controles en los Procesos Industriales En este paso el control es fundamental ya que por medio de este e inspeccionan, se verifican, se regulan y se corrigen las actividades de un proceso. Hay diferentes parámetros que influyen en el proceso los cuales pueden ser cuantificables conocida también como variable mesurable.

3.2.1 Pruebas de Control Entre más grande sea la organización y el proceso se requiere tener un laboratorio para pruebas de calidad para tenerlo controlado. Hay diferentes pruebas, para procesos de manufactura son pruebas con variables físicas, química, biológicas, y mecánicas. Según lo requerido con las diferentes normas existentes. En servicios es más complejo el control, pues se involucra la satisfacción del cliente.

3.2.2 Control de calidad Desde que comienza el proceso desde los proveedores hasta la satisfacción del co nsumidor establece un control de calidad sobre los siguientes niveles: * Exigencias del usuario * Estándares de la manufactura o del servicio * Atributos del servicio Esto nos dice que aplica los estándares de calidad mínimos por la compañía dándonos diferentes resultados del proceso para tener mejoramiento continuo.

3.2.3 Puntos críticos de control Es más exigente para subsectores alimentario, de cosméticos y farmacéutico. Saber dónde se puede obtener variables de co ntaminación. El HACCP (hazard análisis critical control) donde tienen los siguientes principios: * Identificar los riesgos asociados con la producción y evaluar su gravedad. * Determinar los puntos, procedimientos fases operacionales para controlar los riesgos y disminuirlos. * Formular criterios que garanticen el control de los PCC * Establecer sistemas de vigilancia y control sobre los PCC * Adoptar medidas correctivas cuando la vigilancia indica que los PCC están fuera de control. * Comprobar que el procedimiento de control funciona con procedimientos de control.

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El Manual Buenas prácticas de manufactura (BPM) señalan las normas mínimas aceptables para el procesado y almacenamiento en general, las cuales son: * Normas generales de higiene personal y de prácticas higiénicas del proceso * Distribución del proceso, construcción de edificios y dependencias que faciliten la limpieza y que cuenten con espacios suficientes para realizar bien el trabajo. * Descripción de la construcción de los equipos de procesado que no contaminen, los productos. * Normas y manejos de las actividades de producción y controles de procesos

3.3 Procesos de Servicios Estos procesos es una muestra de procesos de información es más utilizado en la ejecución de actividades. El autor Josep Chias resume varios modelos para el control de los procesos de servicios: * Establecer las diferencias entre las expectativas del usuario y el servicio recibido para formular los factores de control agrupados así: * Factores que buscan el consumidor antes del servicio * Factores que experimenta el consumidor después del servicio. * Factores en los que cree el consumidor por el continuo uso del servicio * Ofrecer un servicio con alto grado de calidad * Analizar los soportes que se dan del control en lo físico, la comodidad de las instalaciones, en el personal, la presentación y en los clientes, su participación.

Al final, todos los estudios de procesos de servicios coinciden en que: * La calidad de su servicio es más difícil de evaluar que la de un bien tangible. * La percepción de la calidad es el resultado de la comparación de las expectativas con la presentación en sí. * La evaluación de la calidad no es solo el resultado, sino también el proceso de presentación del mismo

3.4 Recursos que manejan información en los procesos industriales Durante el manejo del flujo de información, la empresa estructura varios recursos para recopilar, controlar y evaluar dicho flujo. Estos son: * Recursos para recopilar información * Instalaciones físicas para el control * Responsables

3.5 Formato para la estructura del proceso industrial desde la información. Se representan generalidades de los formatos de las estructuras de los flujos de materia y de energía.

3.6 Presentación de los flujos de información en diagramas. Los flujos de información se pueden mostrar en diagramas de flujo de bloques Ejemplo de un proceso de obtención de vapor y agua caliente del hospital universitario san Ignacio.

BIBLIOGRAFÍA Prieto, Lena (2004) Manual de procesos industriales. Bogotá: editorial Pontificia Universidad Javeriana.

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