Unidad Tematica N°procesos industriales.pptx

Proceso

1. Unidad Temática N° VI Practica Profesionalizarte I

2. PROCESOS INDUSTRIALES Los procesos industriales tienen su propósito principal en la transformación de materias primas en un producto final . Un proceso puede ser descrito como la secuencia de cambios en una sustancia. La secuencia de cambios puede ocurrir en el aspecto químico, físico o ambos en la composición de una sustancia incluyendo parámetros como el flujo, nivel, presión, temperatura densidad volumen, acidez y gravedad especifica, así como muchos otros, También muchos procesos requieren de transferencia de energía.

3. PROCESOS INDUSTRIALES En la obtención de productos se desarrollan las llamadas operaciones, etapas y procesos industriales. su clasificación es muy precisa a nivel industrial aunque sus orígenes se tienen en los procesos artesanales a nivel de cocinas domésticas o en pruebas de campo a nivel de laboratorios, que se han constituido en la cuna de los procesos industriales a diferencia de otros que nacen en plantas piloto o laboratorios, (industria química) o en talleres (industria metalmecánica)

4. Proceso químico La industria química se ocupa de cambiar la estructura química de los materiales naturales con el fin de obtener productos útiles para otras industrias o para la vida cotidiana. Los productos químicos se obtienen a partir del procesamiento, en una serie de etapas, de esas materias primas (minerales, metales e hidrocarburos, sobre todo), que suelen requerir tratamientos ulteriores, como el mezclado, para conseguir el producto final (p. ej., pinturas, adhesivos, medicamentos y cosméticos). Así pues, la industria química no se limita exclusivamente a los denominados “productos químicos”, sino que abarca otros productos, como las fibras artificiales, las resinas, los jabones, las pinturas, las películas fotográficas y otros

5. ¿Qué es un proceso Químico? Un proceso químico  es un conjunto de operaciones químicas o físicas ordenadas a la transformación de unas materias iniciales en productos finales diferentes. Un producto es diferente de otro cuando tenga distinta composición, esté en un estado distinto o hayan cambiado sus condiciones. En un proceso químico existen diferentes operaciones involucradas. Unas llevan inherentes diversas reacciones químicas. En cambio otros pasos son meramente físicos, es decir, sin reacciones químicas presentes. Se puede decir que cualquier proceso químico que se pueda diseñar consta de una serie de operaciones físicas y químicas. Cada una de estas operaciones es una operación unitaria dentro del proceso global.

6. CONCEPTOS BÁSICOS Operación: Es una acción elemental necesaria en el desarrollo de un proceso; a diferencia de las etapas, es imposible realizar un proceso mediante una sola operación. Las operaciones unitarias son cada una de las acciones necesarias de transporte, adecuación y/o transformación . Para la industria, un proceso de fabricación o industrial es el conjunto de operaciones necesarias para modificar las características de las materias primas. Por lo general, para la obtención de un cierto producto, se necesitan múltiples operaciones individuales. La Real Academia de la Lengua Española define la palabra proceso como el  conjunto de las fases  sucesivas de un fenómeno natural o de una operación artificial

7. Representación grafica de los procesos 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.

8. Las etapas en donde se producen cambios netamente físicos se denominan operaciones unitarias y las etapas donde se produce una reacción química se llaman procesos unitarios . Operaciones Unitarias Procesos Procesos Alcoholisis Aromatización Deshidratación Electrolisis Fermentación Halogenación Esterificación

9. Importancia del dibujo en la representación de la información Un diagrama de flujo de procesos (PFD) es un tipo de diagrama de flujo que ilustra las relaciones entre los principales componentes de una planta industrial. Se usa para documentar o mejorar un proceso o modelar uno nuevo. En función de su uso y contenido, también se puede denominar "diagrama de flujo de procesos", "diagrama de flujo de bloques", "diagrama de flujo esquemático", "diagrama de flujo macro", "diagrama de flujo vertical", "diagrama de tuberías e instrumentación", "diagrama de flujo de sistema" o "diagrama de sistema“

10. Diagramas de procesos industriales Diagramas de bloques Un diagrama de bloques de un sistema es una representación gráfica de las funciones que lleva a cabo cada componente y flujo de señales. Tales diagramas muestran las relaciones existentes entre los diversos componentes. A diferencia de una representación matemáticamente puramente abstracta, un diagrama de bloques tiene la ventaja de indicar de forma realista el flujo de las señales del sistema real. Cada bloque está conectado por flechas siguiendo la trayectoria del proceso, según su estado económico y operaciones, en bloque o cuadros,  pueden representarse los datos significativos y/o importantes.

11. Diagramas de procesos industriales Diagrama de Flujo de Proceso El Diagrama de Flujo de Proceso es una representación esquemática del proceso, sus condiciones de operación normal y su control básico. Éste también indica los efluentes (líquidos, gases o sólidos) emanados del proceso y su disposición. El diagrama puede incluir o no el balance de masa e información para el diseño y especificación de equipos, además sirve de guía para desarrollar el Diagrama de Tubería e Instrumentación.

12. Propósitos y beneficios del Diagrama de flujos Un diagrama de flujo de procesos tiene múltiples propósitos: Documentar un proceso con el fin de lograr una mejora en la comprensión, el control de calidad y la capacitación de los empleados. Estandarizar un proceso para obtener una eficiencia y repetibilidad óptimas. Estudiar un proceso para alcanzar su eficiencia y mejora. Ayuda a mostrar los pasos innecesarios, cuellos de botella y otras ineficiencias. Crear un proceso nuevo o modelar uno mejor. Comunicar y colaborar con diagramas que se dirijan a diversos roles dentro y fuera de la organización.

13. Información a contener Balance de masa Las características de las corrientes de alimentación, intermedias, reciclos y productos acabados se resumen en una tabla ubicada en la zona inferior del plano. La tabla contiene parte de los datos de proceso generados por el simulador de procesos: Número de la corriente Descripción de la corriente (ej. crudo de alimentación) Flujo másico y/o flujo volumétrico Temperatura de operación Presión de operación Densidad o gravedad específica Viscosidad absoluta Estado físico. Los datos de la tabla pueden variar de acuerdo al tipo de proceso. Es potestad del Ingeniero de Proceso, previa aprobación del Gerente del Proyecto, añadir o eliminar datos a fin de suministrar la información más relevante para el proceso que se está diseñando. Los componentes de las corrientes en forma porcentual y otras propiedades, generalmente se presentan en el documento “Balance de masa y energía y sumario de propiedades de las corrientes”.

14. Información a contener Equipos de proceso Cada equipo debe tener los siguientes datos: código de identificación, nombre del equipo y características de operación normal. Los equipos de respaldo ó en paralelo no son mostrados. Sin embargo, la presencia de éstos renglones son indicados por el número del equipo, por ejemplo, P–201 A/B/C. Líneas de proceso Cada línea de proceso desde y hacia los equipos se identifica con un número dentro de un rombo para referirlo a los balances de masa y energía. La identificación de las corrientes de proceso en los DFP debe realizarse siguiendo los criterios siguientes: Numerar las corrientes principales y los ramales. Numerar una sola de las corrientes paralelas o trenes idénticos. Asignar los números a las corrientes de proceso en orden creciente de acuerdo al recorrido del flujo principal a través de la unidad de proceso. Cambiar la numeración de la corriente cuando hay cambios de condiciones: presión, temperatura o flujo, en la misma. Identificar como número uno (1) la corriente de alimentación principal, continuando la secuencia numérica a lo largo de la unidad de proceso y finalizar con los productos, aun cuando exista más de un (1) plano y continuar numerando los ramales en forma similar. Identificar cada una de las corrientes de proceso inmediatas a cada uno de los equipos; a manera de facilitar la especificación de los mismos. En los DFP no se debe mostrar el diámetro, numeración y material de las líneas.

15. Información a contener Control básico del proceso El DFP muestra el esquema de control considerado para una operación segura y eficiente de la planta. De acuerdo a esto se debe indicar en forma simplificada los lazos de control requeridos, y si el alcance de trabajo así lo requiere, la ubicación de las principales válvulas de alivio. El esquema de control del proceso no pretende reflejar la instrumentación final de la planta, por lo tanto, no deberá indicar el tipo de transmisión de señal (neumática o electrónica), ni la ubicación de control será en campo, panel o si forma parte de un sistema computarizado.

16. Corrientes de procesos Primarias: Indican el flujo principal de un proceso ( línea continua). Secundarias: Sub productos o sub procesos

17. Corrientes de procesos Derivación o purga: (“bypass”): Corriente que se ha desviado de la principal para evitar que sufra una o más etapas de un proceso, llegando directamente a una etapa posterior para obtener una composición final deseada (Figura 3.3); se efectúa un balance alrededor de todo el sistema y un balance en el punto de mezcla

18. Corrientes de procesos Recirculación (“ recycle ”): Corriente que se devuelve a la corriente de alimentación como resultado de una separación efectuada en la corriente de salida de un proceso para aprovechar disolventes valiosos o aumentar la conversión de reacciones reversibles (Figura 3.4); se efectúa un balance alrededor de todo el sistema, alrededor de cada bloque y en el punto de mezcla

19. Corrientes de procesos Purga (“ purge ”): Corriente desviada de una recirculación hacia el exterior del sistema, con objeto de eliminar ciertas sustancias que de otra manera se acumularían en el interior del sistema (Figura 3.5); se efectúa un balance alrededor de todo el sistema, alrededor de cada bloque, en el punto de mezcla y en el de extracción de la purga.

20. NORMAS O REGLAS PARA LA CREACIÓN DE DIAGRAMAS DE FLUJO 1. Los diagramas de flujo se escriben de arriba abajo y de izquierda a derecha. 2. Todo símbolo (excepto las líneas de flujo) llevará en su interior información que indique su función exacta y unívoca.

21. NORMAS O REGLAS PARA LA CREACIÓN DE DIAGRAMAS DE FLUJO 3. Un elemento del diagrama no puede tener más de una salida si no es un elemento de decisión. Existen excepciones que veremos en su debido momento

22. NORMAS O REGLAS PARA LA CREACIÓN DE DIAGRAMAS DE FLUJO 4. Las líneas de flujo no pueden cruzarse

23. Normalización de procesos La normalización de los procesos en una organización debe ser considerada como una necesidad fundamental puesto que busca mantener la consecución de los mismos objetivos pero mejorando su ejecución. Promueve la creación de un idioma técnico común a todas las organizaciones y es una contribución importante par la libre circulación de productos industriales. Además tanto en el mercado local como a nivel global fomenta la competitividad empresarial, principalmente en el ámbito de las nuevas tecnologías.

24. Necesidad de Normalización La normalización es un mecanismo de coordinación de actuaciones que proyecta sus principales beneficios cuando se cumplen las siguientes condiciones: Cuando una actividad tiene un carácter muy repetitivo dentro de una organización Cuando el entorno sobre el que se desarrolla es muy predecible y resulta fácil de planificar Cuando las actividades a desarrollar son simples y comprensibles por cualquier persona que las vaya a ejecutar. Si analizamos estas condiciones siguiendo la visión por procesos, podemos darnos cuenta de que las tres condiciones se cumplen a la perfección en cada uno de los procesos que se lleven a cabo dentro de una organización, puesto que un proceso siempre será repetitivo, predecible y comprensible.

25. Ventajas y desventajas Se puede predecir el resultado de los trabajos Se puede garantizar que la gestión se realizar de forma homogénea en cualquier parte de la organización, sin importar la unidad que lo lleve a cabo Facilita el aprendizaje de las personas implicadas permitiendo la difusión del conocimiento Potencia las posibilidades de medir, comparar y mejorar el desempeño de las actividades en la organización, gracias al establecimiento de indicadores normalizados Facilita la asignación de responsabilidades en las diversas actividades Facilita la comunicación, las relaciones interpersonales y el trabajo en equipo en pos de cumplir un objetivo común Mejora la eficacia global de la organización Facilitar el control y la toma de decisiones a nivel estratégico Posibilita el crecimiento de la organización Mejora la reputación de la organización.

26. Importancia La normalización de los procesos de negocio permite preparar la información como maniobra de acción, posibilitando la interconexión entre los procesos y estableciendo indicadores comunes. En un entorno cada más interconectado, las organizaciones pueden estandarizar procesos comunes, uniformizar sus ámbitos de actuación y mejorar tanto su relación como sus resultados. Por otro lado, la normalización de los procesos internos tiende a concretarse en una serie de buenas prácticas o recomendaciones seleccionadas por los directivos de la organización, que se utilizan como plantillas sobre las que acomodar las actividades de la organización, pero siendo adaptadas a las necesidades específicas de cada organización. En definitiva, la normalización de los procesos tiene como objetivo principal desarrollar una base teórica y práctica que sirva para entender los procesos de una organización, desembocando en una mejora de los resultados obtenidos. En cierta medida, lo que se pretende con ello es: Diseccionar la organización al completo Identificar todos sus elementos fundamentales, sistematizarlos y clasificarlos Estructurar lógicamente los elementos fundamentales que tiene la organización Establecer las condiciones necesarias para utilizar cada uno de esos elementos.

27. Clasificación de tipos de procesos Todo  proceso productivo  se puede clasificar en función de cómo se realiza la  entrada de materia prima , y de cómo se obtiene el  producto  a partir de ésta. Se distingue principalmente entre  proceso en continuo  y  proceso batch , aunque existen variantes que combinan características de ambos procesos. Proceso en continuo . El flujo de entrada de materia prima al sistema es constante mientras dura el proceso de producción, siendo la salida de producto también constante. Proceso batch  (también conocido como  proceso por lotes ). La cantidad total de materia prima se introduce al sistema al comienzo del proceso, obteniéndose la cantidad total de producto transcurrido un determinado tiempo.

28. Proceso continuo Es aquel en el que la operación no se detiene. Las diversas partes de la estructura de un proceso en general siempre está recibiendo una alimentación continua y de igual manera están lanzando un producto en forma continua. En la mayoría de los procesos de plantas de procesos químicos o no químicos el proceso continuo se utiliza porque de esta forma se logra mantener un ritmo de producción constante , Nota : se consigue más fácilmente el estado estacionario en los equipos de producción y económicamente es más conveniente, ya que los arranques o los paros pueden ser más costosos que en una operación continua En este tipo de sistemas, todas las operaciones se organizan para lograr una situación ideal, en la que estas mismas operaciones, se combinan con el transporte de tal manera que los materiales son procesados mientras se mueven. Se utiliza este sistema cuando la economía de fabricación favorece a la producción continua. Es decir, cuando la demanda de un producto determinado es elevada, nos veremos obligados a trabajar continuamente.

29. Proceso Batch La producción intermitente se caracteriza por el sistema productivo de "lotes" de fabricación. En estos casos, se trabaja con un lote determinado de productos que se limita a un nivel de producción, seguido por otro lote de un producto diferente. La producción intermitente será inevitable, cuando la demanda de un producto X no es lo bastante grande para utilizar el tiempo total de fabricación continua, de tal suerte, que la economía de manufactura favorecerá a la producción intermitente. En este tipo de sistemas, la empresa generalmente fabrica una gran variedad de productos. Para la mayoría de ellos, los volúmenes de venta y, consecuentemente, los lotes de fabricación, son pequeños en relación con la producción total. El costo de la mano de obra especializada es relativamente alto y, en consecuencia, los costos de producción son más altos que los de un sistema de producción continua.

30. Diferencias

31. Procesos semi continuos 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. 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.

32. Estados de los procesos El estado estacionario es aquel en el que no existen cambios de variables de proceso . Por ejemplo, en un intercambiador de calor, puede entrar agua a 25 C y salir a 80 C. Claro que el agua ha cambiado su temperatura, pero en el estado estacionario, la temperatura del agua a la entrada y a la salida siempre será la misma. En la práctica el estado estacionario es más flexible, las variables cambian dentro de un rango de tolerancia. En el estado no estacionario las variables de proceso cambian y esto se debe a que existe alguna acumulación de materia y energía. 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

33. El llenado de tanques es un ejemplo del estado transitorio. Imagen de  mexicanfibers

34. El escalamiento El concepto de escalamiento parte de la propia definición de medición: Medir es asignar números a las propiedades de los objetos u operaciones, de acuerdo con ciertos criterios y reglas. Pues bien, el escalamiento es el proceso mediante el cual se desarrollan los criterios y las reglas de asignación numérica que determinan las unidades de medida significativas para llevar de un tamaño dado a otro tamaño mayor o menor una operación u objeto. Escalar un proceso o equipo es convertirlo de su escala de investigación (laboratorio o piloto) a escala industrial (producción). Por ejemplo; en un laboratorio de investigación se desarrolla un nuevo producto con valor comercial por medio de una reacción química usando equipo como frascos, matraces, mecheros, agitadores, etc. Técnico químico es el profesionista capacitado para llevar este nuevo producto al mercado mediante el escalamiento; analizar las condiciones de reacción y los factores de influencia para definir los equipos necesarios (bombas, intercambiadores de calor, reactores, etc.) y proponer el proceso de producción en masa del producto.

35. Planta piloto Una planta piloto es una planta de proceso a escala reducida. El fin que se persigue al diseñar, construir y operar una planta piloto es obtener información sobre un determinado proceso físico o químico, que permita determinar si el proceso es técnica y económicamente viable, así como establecer los parámetros de operación óptimos de dicho proceso para el posterior diseño y construcción de la planta a escala industrial El uso de plantas de proceso a escala piloto tiene como propósitos principales: Predecir el comportamiento de una planta a nivel industrial, operando la planta piloto a condiciones similares a las esperadas. En este caso los datos obtenidos serán la base para el diseño de la planta industrial. Estudiar el comportamiento de plantas industriales ya construidas, en donde la planta piloto es una réplica y estará sujeta a condiciones de operación previstas para la planta industrial. En este caso a la planta piloto se le llama modelo y tiene como función principal mostrar los efectos de los cambios en las condiciones de operación de manera más rápida y económica que si se realizaran en la planta original.

36. Aplicaciones La investigación para el estudio de nuevos procesos físico-químicos, o para la mejora de procesos ya existente se lleva a cabo en plantas a escala piloto, reduciéndose así los costes asociados a la inversión y a los gastos fijos de operación inherentes a una planta industrial. Se utilizan plantas piloto para la investigación de bioprocesos, o procesos químicos que involucran organismos o sustancias bioquímicamente activas derivadas de dichos organismos En el caso de procesos catalíticos, se emplean plantas piloto para el ensayo de nuevos catalizadores, con el objeto de estudiar su actividad y selectividad para una determinada reacción química y de optimizar las variables de proceso. También se utilizan plantas piloto como equipamiento científico para educación en Universidades, o como sistemas para demostración. El término “Planta Piloto” abarca un amplio rango de escalas, desde plantas a escala laboratorio hasta plantas a escala semi -industrial. Los avances tecnológicos en distintas áreas (electrónica, comunicaciones, micromecanizado , etc.) han hecho posible que hoy día se disponga de instrumentación y dispositivos adecuados para el diseño y construcción de plantas a escala muy reducida, plantas a microescala , capaces de operar en idénticas condiciones de presión y temperatura que las plantas industriales. Estos avances ha conducido igualmente a que estas plantas a microescala cuenten con sistemas de adquisición de datos, supervisión y control (sistemas SCADA) y puedan ser automatizadas, de manera que la producción experimental se multiplique y se reduzca, así, considerablemente el tiempo necesario para el estudio y la optimización de un proceso físico-químico concreto

37. Control de procesos El control de procesos toma en cuenta la medición y el análisis de las variables que determinan el funcionamiento de un proceso así como la toma de decisiones y la ejecución de acciones de control para gobernar dicho proceso. Aun cuando el control del proceso se realice con fines netamente operativos, siempre es posible capturar y almacenar información, que puede ser eficientemente procesada con fines de mantenimiento, como es el caso del mantenimiento predictivo. Asimismo, se acostumbra instrumentar máquinas y equipos de proceso para adquirir datos exclusivos para estos fines.

38. Control de procesos Las variaciones en si pueden, a su vez, presentarse de varias maneras, lo que requerirá consideraciones particulares a cada caso. Los procesos, por lo tanto, requieren usualmente ser controlados según distintos criterios, entre los cuales se pueden destacar: Eliminar o reducir el error humano; Reducir el trabajo y sus costos, que tienden a elevar el precio de los productos o servicios; Minimizar el consumo de energía; Reducir el tamaño de plantas; Reducir almacenamientos intermedios; Respetar los reglamentos ambientales; Alcanzar y/o mantener un resultado deseado. Dos conceptos constituyen la base de la mayoría de las estrategias de control: retroalimentación ( feedback ) y anticipativo ( feedforward ).

39. El laboratorio y los controles de procesos En la industria, el Control de Calidad es una actividad, que permanentemente toma decisiones, las cuales requieren de un eficiente y seguro proceso de evaluación de las circunstancias que rodean el objeto de las decisiones, siendo la información histórica, comúnmente llamada DATOS, la base fundamental de dicho proceso, razón por la cual estos datos deben ser bien recolectados y analizados. Cuando hablamos del proceso de  control de calidad en un laboratorio , lo entendemos como un proceso cuyo objetivo es el de detectar y corregir posibles discrepancias analíticas internas, con la intención de minimizar o eliminar su impacto de forma previa a la emisión de resultados. Así, la finalidad de este mecanismo es el de  aumentar la calidad, fiabilidad y precisión  de los resultados obtenidos.

40. ¿Preguntas?