Procesos industriales
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Los procesos industriales son procedimientos que involucran pasos químicos, físicos, eléctricos o mecánicos para la fabricación de uno o más productos, generalmente a gran escala. Constituyen los componentes fundamentales de la industria pesada y de transformación.[1][2][3]
Clasificación de los procesos industriales
[editar | editar código]Los procesos industriales se pueden clasificar según varios criterios:[2]
Según el tipo de transformación
[editar | editar código]- Procesos físicos: modifican la forma o las propiedades físicas sin alterar la composición química (ej. corte, doblado, fundición, conformado).
- Procesos químicos: alteran la composición molecular de los materiales mediante reacciones químicas (ej. refinación de petróleo, síntesis de polímeros, producción de ácido sulfúrico).
- Procesos biológicos: utilizan microorganismos, enzimas o células para transformar materiales (ej. fermentación, tratamiento de aguas residuales, producción de bioplásticos).
- Procesos térmicos: involucran cambios de temperatura para modificar propiedades o transformar materiales (ej. tratamiento térmico de metales, fundición, sinterización).
Según la naturaleza de la operación
[editar | editar código]- Procesos por lotes (batch): producción de cantidades discretas de producto. Cada lote sigue las mismas etapas, pero puede haber tiempos muertos entre lotes. Ejemplo: producción de medicamentos, alimentos especiales.
- Procesos continuos: flujo ininterrumpido de materiales y producción constante. Ejemplo: refinerías de petróleo, producción de papel, plantas de tratamiento de agua.
- Procesos semicontinuos: combinan características de los dos anteriores. Ejemplo: ciertas etapas en la producción de acero o en la industria alimentaria.
Procesos unitarios (operaciones unitarias)
[editar | editar código]Los procesos unitarios (también llamados operaciones unitarias) son pasos individuales que se pueden aplicar por sí solos o como parte de un proceso mayor.[4] Ejemplos incluyen:
- Licuefacción de gases: conversión de gases a estado líquido para facilitar su transporte y almacenamiento.
- Secado supercrítico y secado por congelación (liofilización): eliminación de disolventes o líquidos sin dañar la estructura del material.
- Lavado de gases (scrubbing): eliminación de contaminantes (como CO2, SO2 o partículas) de los gases de combustión o emisiones industriales.
Procesos químicos
[editar | editar código]Los procesos químicos transforman la estructura molecular de las materias primas para obtener productos de mayor valor.[5]
- Proceso de Haber (o Haber-Bosch): síntesis de amoníaco (NH3) a partir de nitrógeno e hidrógeno gaseosos, fundamental para la producción de fertilizantes.[6]
- Fundición (smelting): proceso metalúrgico que extrae metales de sus minerales mediante reacciones químicas a alta temperatura, generalmente con agentes reductores como el carbono.
- Desinfección: tratamiento químico o físico para eliminar microorganismos patógenos. Ejemplos: cloración del agua, tratamiento UV, ozonización.
- Piroprocesamiento: uso de calor a alta temperatura para combinar o transformar materiales, como en la producción de cemento, cal o cerámicas.[5]
Procesos térmicos y calóricos
[editar | editar código]Estos procesos utilizan el calor como agente principal de transformación.[7]
- Fundición instantánea (flash smelting): proceso de fundición de minerales sulfurados (como de cobre, níquel o plomo) que utiliza el calor de combustión del azufre contenido en el propio mineral para autosostenerse, reduciendo el consumo de combustible.
- Tratamiento térmico: conjunto de procesos que alteran las propiedades físicas y mecánicas de los materiales (especialmente metales) mediante ciclos controlados de calentamiento y enfriamiento (ej. temple, revenido, recocido).
- Sinterización: consolidación de materiales en polvo mediante calor (sin llegar a la fusión total), utilizada en metalurgia y cerámica.
Procesos electroquímicos (electrólisis)
[editar | editar código]La electrólisis utiliza corriente eléctrica para impulsar reacciones químicas no espontáneas, permitiendo la separación o deposición de metales.[8]
- Galvanoplastia, galvanizado, anodización, electrodeposición: deposición de una capa de metal sobre una superficie conductora (cátodo) para mejorar resistencia a la corrosión, apariencia o propiedades eléctricas.
- Electropulido: proceso inverso a la galvanoplastia; elimina una capa delgada de metal para obtener una superficie lisa y brillante.
- Proceso electrolítico: término genérico para cualquier proceso que utiliza electrólisis, incluyendo la producción de metales (como aluminio por el proceso Hall-Héroult o cobre refinado).
- Deposición electroforética: deposición de partículas coloidales cargadas sobre un sustrato mediante un campo eléctrico.
- Electrotipia: uso de la galvanoplastia para producir planchas de impresión en artes gráficas.
- Metalización, chapado, recubrimiento por centrifugación (spin coating): términos genéricos para aplicar recubrimientos metálicos o de otro tipo sobre sustratos no metálicos.
Procesos de corte y mecanizado
[editar | editar código]Los procesos de corte son fundamentales para dar forma y dimensiones precisas a los materiales.[9]
- Aserrado: corte mediante dientes de sierra.
- Cizallamiento (shearing): corte por aplicación de fuerza cortante, común en chapa metálica.
- Corte oxiacetilénico: corte de metales mediante la combustión de una mezcla de oxígeno y acetileno.
- Corte por plasma: utiliza un chorro de plasma a alta temperatura para cortar materiales conductores.
- Corte con chorro de agua (water jet cutting): utiliza un chorro de agua a alta presión, a menudo con abrasivo, para cortar una amplia gama de materiales.
- Corte por láser: utiliza un haz láser enfocado para fundir, quemar o vaporizar el material.
- Electroerosión (EDM, Electrical Discharge Machining): elimina material mediante descargas eléctricas controladas entre un electrodo y la pieza conductora.
- Mecanizado: proceso de corte y conformado que elimina material (arranque de viruta) mediante herramientas como tornos, fresadoras o taladros.
Procesos de conformado físico (deformación)
[editar | editar código]Estos procesos remodelan un material mediante la aplicación de fuerzas, sin añadir ni quitar material significativamente (deformación plástica).[10]
- Forja: conformación de metal caliente o frío mediante golpes o presión.
- Fundición (casting): vertido de material líquido en un molde para que solidifique con la forma deseada.
- Estampado progresivo (progressive stamping): producción de componentes a partir de una tira o bobina de metal mediante una serie de estaciones de estampado.
- Estampado de metales (stamping): proceso de deformación que incluye operaciones como embutición, punzonado y doblado.
- Hidroformado: un tubo o lámina de metal se expande contra un molde mediante la presión de un fluido.
- Soldadura blanda, soldadura fuerte y soldadura: procesos de unión de metales mediante fusión de un material de aporte (soldadura blanda/fuerte) o de los propios bordes (soldadura).
- Pulido en tambor (tumbling): acabado superficial mediante fricción de las piezas con un abrasivo en un tambor rotatorio.
- Endurecimiento por precipitación: tratamiento térmico que aumenta la resistencia de aleaciones mediante la formación de precipitados finos.
- Endurecimiento por deformación (work hardening): aumento de la dureza y resistencia de un metal mediante deformación plástica en frío.
- Endurecimiento superficial (case hardening): procesos que endurecen la superficie externa de un metal mientras el núcleo permanece tenaz.
- Troquelado: uso de un troquel para cortar, marcar o dar forma a materiales planos (especialmente papel, cartón, cuero).
Moldeo
[editar | editar código]Procesos que dan forma a un material en estado líquido o semilíquido utilizando un molde.[11]
- Fundición en arena: proceso de fundición donde el molde se fabrica con arena aglomerada.
- Pulvimetalurgia y sinterización: fabricación de objetos a partir de polvos metálicos o cerámicos, compactados y luego calentados (sinterizados) sin llegar a la fusión.
- Moldeo por soplado: fabricación de objetos huecos (botellas de plástico o vidrio) soplando aire dentro de una preforma colocada en un molde.
- Moldeo por inyección: inyección de material fundido (plástico o metal) en un molde a alta presión.
- Moldeo por compresión: colocación de una cantidad de material en un molde calentado y cierre del molde para dar forma.
Procesos de separación y purificación
[editar | editar código]Muchos materiales se obtienen en forma impura; la purificación o separación es esencial para obtener productos utilizables.[12]
- Conminución: reducción del tamaño de partícula mediante trituración y molienda.
- Flotación de espuma (froth flotation): separación de minerales aprovechando sus propiedades de humectabilidad diferencial.
- Extracción líquido-líquido: transferencia de un soluto de una fase líquida a otra inmiscible.
- Proceso Frasch: extracción de azufre fundido del subsuelo mediante la inyección de agua sobrecalentada.[13]
- Cromatografía industrial: separación de componentes de una mezcla basada en sus diferentes afinidades por una fase estacionaria y una móvil.
Procesos de destilación
[editar | editar código]Véase también: Destilación
La destilación separa componentes de una mezcla líquida basándose en sus diferentes puntos de ebullición.[4]
- Destilación fraccionada: separación de mezclas complejas (como el petróleo crudo) en fracciones con rangos de ebullición definidos.
- Destilación por arrastre de vapor: separación de compuestos sensibles al calor mediante la inyección de vapor de agua.
- Destilación al vacío: destilación a presiones reducidas para disminuir los puntos de ebullición y evitar la degradación térmica.
- Destilación por lotes (batch distillation): proceso discontinuo para cantidades limitadas.
- Destilación continua: proceso en flujo continuo, típico de grandes refinerías.
- Columna de fraccionamiento: equipo utilizado en destilación fraccionada para mejorar la separación mediante múltiples etapas de equilibrio.
- Destilación con conos rotatorios: tecnología para la destilación de mezclas sensibles al calor, como aceites esenciales.
Manufactura aditiva (impresión 3D)
[editar | editar código]La manufactura aditiva ha ganado gran importancia industrial desde la década de 2010 para la fabricación de prototipos y piezas funcionales.[14]
- Modelado por deposición fundida (FDM): extrusión de filamento termoplástico fundido capa por capa.
- Estereolitografía (SLA): curado de resina líquida fotosensible mediante un láser UV.
- Sinterizado selectivo por láser (SLS): fusión de polvo (plástico, metal, cerámica) mediante láser.
- Fotolitografía: proceso de transferencia de patrones mediante luz, utilizado principalmente en la fabricación de circuitos integrados y semiconductores.
Procesos siderúrgicos (hierro y acero)
[editar | editar código]La producción de hierro y acero ha evolucionado a lo largo de siglos.[15]
- Fundición (smelting): proceso genérico en hornos para extraer hierro de sus minerales.
- Forja catalana, horno de reverbero, bloomery, horno Siemens-Martin: procesos históricos para producir hierro forjado.
- Alto horno: equipo principal para la producción de arrabio (hierro fundido con alto contenido de carbono).
- Reducción directa (DRI): producción de hierro esponja directamente a partir de mineral sin fusión completa.
- Acero de crisol: proceso histórico para producir acero de alta calidad.
- Proceso de cementación: método histórico para producir acero a partir de hierro forjado.
- Convertidor Bessemer (1856): primer proceso para la producción masiva de acero a partir de arrabio.[16]
- Fabricación de acero con oxígeno básico (BOF, proceso Linz-Donawitz, 1952): proceso moderno predominante para la producción de acero.
- Horno de arco eléctrico (EAF): proceso de reciclaje de chatarra para producir acero.
Procesos petroquímicos y de compuestos orgánicos
[editar | editar código]Las moléculas orgánicas pueden transformarse a nivel molecular para crear una amplia gama de productos.[17]
- Craqueo (cracking): ruptura de moléculas grandes de hidrocarburos en otras más pequeñas.
- Alquilación: proceso de refinación para producir gasolina de alto octanaje.
- Proceso de Burton: craqueo térmico temprano de hidrocarburos.
- Proceso de cumeno: producción de fenol y acetona a partir de benceno y propileno.
- Reacción de Friedel-Crafts, reacción de Kolbe-Schmitt: reacciones orgánicas para la síntesis de compuestos aromáticos y fenoles.
- Metátesis de olefinas y depolimerización térmica: procesos de ruptura y recombinación de cadenas de hidrocarburos.
- Transesterificación: reacción para producir biodiesel a partir de aceites vegetales o grasas animales.
- Proceso Raschig: parte del proceso de producción de caprolactama (precursora del nylon).
- Hidroformilación (proceso oxo): producción de aldehídos a partir de alquenos, monóxido de carbono e hidrógeno.
- Polimerización: formación de polímeros de cadena larga a partir de monómeros.
Procesos específicos por producto
[editar | editar código]Organizados por producto (fuente principal: Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry):[18]
- Aluminio: proceso de Deville, proceso Bayer (extracción de alúmina), proceso Hall-Héroult (electrólisis para obtener aluminio metálico).
- Amoníaco: proceso de Haber (también Haber-Bosch).
- Bromo: proceso de Dow (extracción desde salmuera).
- Cloro y sosa cáustica: proceso cloroalcalino (electrólisis de salmuera), proceso de Weldon (histórico).
- Grasas animales: renderizado (rendering).
- Fertilizantes: proceso de nitrofosfato.
- Vidrio plano: proceso Pilkington (vidrio flotado o float glass).[19]
- Oro: oxidación bacteriana (pre-tratamiento de minerales refractarios), proceso de Parkes (separación de plata y oro del plomo).
- Grafito: proceso de Acheson (síntesis de carburo de silicio y grafito).
- Agua pesada (D2O): proceso de sulfuro de Girdler (método Geib-Spevack).
- Hidrógeno: reformado con vapor de gas natural, reacción de cambio de gas de agua.
- Plomo y bismuto: proceso Betts (electrolítico), proceso Betterton-Kroll.
- Níquel: proceso Mond (carbonilo de níquel).
- Ácido nítrico: proceso Ostwald (oxidación de amoníaco).
- Papel: despulpado (químico o mecánico), proceso Kraft, máquina de Fourdrinier (formación de la hoja).
- Caucho vulcanizado: vulcanización (descubierta por Charles Goodyear en 1839).[20]
- Sal (cloruro de sodio): proceso Alberger, proceso Grainer (evaporación de salmuera).
- Cristales semiconductores: técnica de Bridgman, proceso Czochralski (crecimiento de monocristales).
- Plata: proceso de Patio (amalgamación), proceso de Parkes (separación de plomo).
- Carburo de silicio (SiC): proceso de Acheson, proceso de Lely (cristales).
- Carbonato de sodio (sosa): proceso Leblanc (histórico), proceso Solvay (moderno).
- Ácido sulfúrico: proceso de las cámaras de plomo (histórico), proceso de contacto (moderno).
- Titanio y circonio: proceso Hunter, proceso Kroll (reducción con magnesio), proceso de barra de cristal, proceso del yoduro (refinación).
Lista de procesos por nombre (adicional)
[editar | editar código]- Proceso FFC Cambridge (FFC Cambridge): reducción electroquímica directa de óxidos metálicos.
- Proceso de Perstorp Formox: oxidación catalítica de metanol para producir formaldehído.
- Metalización al vacío: deposición de una capa metálica sobre una superficie en condiciones de vacío.
- Proceso de Pidgeon: producción de magnesio mediante reducción de óxido de magnesio con silicio.
Véase también
[editar | editar código]- Manufactura
- Sistemas de producción
- Ingeniería química
- Producción en cadena (producción en masa)
- Automatización industrial
- Operación unitaria
- Ingeniería de procesos
Referencias
[editar | editar código]- ↑ Baca, Gabriel; De la Torre, José M. (2014). Introducción a la ingeniería industrial (2.ª edición). Patria. p. 32. ISBN 9786074389197.
- ↑ 2,0 2,1 Groover, Mikell P. (2007). «1 (Introduction)». Fundamentals of Modern Manufacturing: Materials, Processes, and Systems (3.ª edición). John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-74485-6.
- ↑ Kalpakjian, Serope; Schmid, Steven R. (2014). «1 (Introduction)». Manufacturing Engineering and Technology (7.ª edición). Pearson. ISBN 978-0-13-312874-1.
- ↑ 4,0 4,1 McCabe, Warren L.; Smith, Julian C. (2005). «1 (Introduction)». Unit Operations of Chemical Engineering (7.ª edición). McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-284823-6.
- ↑ 5,0 5,1 Perry, Robert H.; Green, Don W. (1997). «9 (Chemical Reactions)». Perry's Chemical Engineers' Handbook (7.ª edición). McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-049841-9.
- ↑ Smil, Vaclav (2001). «3 (The Haber-Bosch Process)». Enriching the Earth: Fritz Haber, Carl Bosch, and the Transformation of World Food Production. MIT Press. ISBN 978-0-262-19449-5.
- ↑ Rosenqvist, Terje (2004). «10 (Flash Smelting)». Principles of Extractive Metallurgy (2.ª edición). Tapir Academic Press. ISBN 978-82-519-1922-7.
- ↑ Bard, Allen J.; Faulkner, Larry R. (2001). «2 (Electrode Potentials)». Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications (2.ª edición). John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-04372-0.
- ↑ DeGarmo, E. Paul; Black, J. Temple (2011). «22 (Cutting)». Materials and Processes in Manufacturing (10.ª edición). John Wiley & Sons. ISBN 978-0-470-92467-9.
- ↑ Schey, John A. (2000). «4 (Forming Processes)». Introduction to Manufacturing Processes (3.ª edición). McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-031136-7.
- ↑ Rosato, Donald V. (2012). «5 (Molding Processes)». Plastics Processing and Technology. Springer. ISBN 978-1-4613-5067-5.
- ↑ Wankat, Phillip C. (2007). «1 (Introduction)». Separation Process Engineering (2.ª edición). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-138227-5.
- ↑ Frasch, Herman (1915). «The Frasch process for the extraction of sulfur». Journal of the Franklin Institute 180 (6): 691-696. doi:10.1016/S0016-0032(15)90070-5.
- ↑ Gibson, Ian; Rosen, David (2015). «2 (Additive Manufacturing Process Chain)». Additive Manufacturing Technologies: 3D Printing, Rapid Prototyping, and Direct Digital Manufacturing (2.ª edición). Springer. ISBN 978-1-4939-2113-3.
- ↑ Tylecote, Ronald F. (1992). «8 (Iron and Steel)». A History of Metallurgy (2.ª edición). Institute of Materials. ISBN 978-0-901462-88-6.
- ↑ Bessemer, Henry (1856). «Manufacture of iron and steel». Journal of the Franklin Institute 62 (5): 308-312. doi:10.1016/0016-0032(56)90005-0.
- ↑ Speight, James G. (2014). «15 (Refining Processes)». The Chemistry and Technology of Petroleum (5.ª edición). CRC Press. ISBN 978-1-4398-7389-2.
- ↑ Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (6.ª edición). Wiley-VCH. 2003. ISBN 978-3-527-30673-2.
- ↑ Pilkington, L. A. B. (1969). «The float glass process». Proceedings of the Royal Society of London A 314 (1516): 1-25. doi:10.1098/rspa.1969.0212.
- ↑ Goodyear, Charles (1844). «Improvement in India-rubber fabrics». US Patent Office (3633).
Lecturas complementarias
[editar | editar código]- Kalpakjian, Serope; Schmid, Steven R. (2014). Manufacturing Engineering and Technology. Pearson. ISBN 978-0-13-312874-1.
- Groover, Mikell P. (2007). Fundamentals of Modern Manufacturing: Materials, Processes, and Systems. John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-74485-6.
- Perry, Robert H.; Green, Don W. (1997). Perry's Chemical Engineers' Handbook. McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-049841-9.
- Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH. 2003. ISBN 978-3-527-30673-2.