Definicin, caractersticas y clasificacin de Procesos Industriales

Facultad de Ingeniera QumicaDefinicin, caractersticas y clasificacin de Procesos IndustrialesIngeniera Industrial

Ileana MonsrealEquipo 4Samantha vila AyalaDiego Cervantes CervantesClara Esquivel RosadoLuis ngel Llanes PechGabriela Mrquez Lara15 de Octubre de 2015

Procesos IndustrialesUn proceso industrial acoge el conjunto de operaciones diseadas para la obtencin, transformacin o transporte de uno o varios productos primarios. El propsito de un proceso industrial est basado en el aprovechamiento eficaz de los recursos naturales de forma tal que stos se conviertan en materiales, herramientas y sustancias capaces de satisfacer ms fcilmente las necesidades de los seres humanos y por consecuencia mejorar su calidad de vida.ManufacturaManufactura se define como el proceso de convertir materias primas en productos terminados. Tambin comprende los procesos de obtencin de otros productos mediante la transformacin de un primer producto terminado. (Salazar Lpez, 2012)Clasificacin de los procesosLa produccin en general comprende una extensa variedad de procesos de manufactura, y es muy comn encontrar ms de un proceso de transformacin capaz de lograr un mismo producto.Se clasificarn los procesos industriales de la siguiente manera:1. Procesos de UninExisten dos tipos de uniones, las cuales se presentan a continuacin:Unin RgidaConexin entre dos miembros estructurales que impiden la rotacin y el desplazamiento en cualquier direccin de un miembro con respecto al otro. Estas uniones pueden ser:a) Fijas: Permiten separar las piezas con facilidad, sin romper el medio de unin ni las propias piezas. Entre las ms destacadas estn los tornillos, chavetas, y pasadores. Estas igualmente se dividen en:

FijasSon las uniones cuyos elementos de unin son imposibles de separar sin producir algn desperfecto o rotura en alguno de ellos. Por ejemplo: Remaches y Roblones: Donde con un remache que sirve para unir varias chapas o piezas permanentemente, debido a que deforma el extremo opuesto a la cabeza mediante presin o golpe. Se realiza a mano o con una remachadora. Los roblones son remaches grandes. SoldadasEs la unin de dos metales de idntica o parecida composicin por la accin del calor, directamente o a travs de la aportacin de otro metal de parecida composicin. Tipos:

1. Soldadura homogneaLos materiales que se sueldan y el metal de aportacin, si lo hay, son de la misma naturaleza. Pueden ser:1.1. Soldadura autgena: Se entiende aqulla que se realiza sin metal de aportacin, de manera que se unen cuerpos de igual naturaleza por medio de la fusin de los mismos; as, al enfriarse, forman un todo nico.1.2. Soldadura elctrica por resistencia: Se basa en el efecto Joule: el calentamiento se produce al pasar una corriente elctrica a travs de la unin de las piezas. 2. Soldadura heterogneaSe efecta entre materiales de distinta naturaleza, con o sin metal de aportacin o entre metales iguales, pero con distinto metal de aportacin. Puede ser:1. 2. 2.1. Soldadura blanda: Se realiza a temperaturas por debajo de los 400 C. El material metlico de aportacin ms empleado es una aleacin de estao y plomo, que funde a 230 C aproximadamente.2.2. Soldadura fuerte: Se aplica metal de aporte en estado lquido (no ferroso) se realiza a temperaturas de hasta 800 C. Se suele usar aleaciones de plata y estao; o de cobre y cinc.2.3. Unin por arco elctrico: La energa se produce por el arco elctrico formado entre la pieza y el electrodo. Este electrodo mayormente sirve de metal de aporte, para unir las piezas. ClavadasTransmitir esfuerzo de un elemento (madera) a otro mediante el uso de clavos, que tiende a rajarla en el lugar donde acta

b) Desmontables: Se realizan con piezas cuyo desmontaje no se prev durante la vida til de la mquina o estructura o, en otros casos, por seguridad o exigencia del diseo. Para la separacin de las piezas necesitamos romper el elemento de unin o, en muchos casos, deteriorar alguna de las piezas. Se dividen en:

Atornilladas: Son uniones de dos o varias piezas sueltas a travs de elementos de unin estandarizados (tornillos y tuercas). Se clasifican en:1. Uniones atornilladas directamente: Las piezas que se van a unir estn previstas propiamente con roscas interiores y exteriores y se enroscan entre ellas directamente (directo), sin que se necesiten elementos de unin adicionales.2. Uniones atornilladas indirectamente: Las piezas que se van a unir se atornillan a travs de tornillos o tuercas, adicionalmente se pueden emplear elementos de seguridad y arandelas. 3. Unin atornillada de fijacin: Las piezas constructivas se atornillan directa o indirectamente con la finalidad de la unin solamente. Como formas de rosca se emplean principalmente roscas de punta, poseen una buena retencin automtica.4. Unin atornillada de movimiento: Las piezas constructivas se unen entre s directamente con la finalidad de la unin con una transmisin de fuerza o de movimiento al mismo tiempo. Como formas de rosca se emplean las roscas de sierra, trapecio o redondas, las cuales tienen una retencin automtica reducida. De chaveta: Son uniones donde las piezas deben realizar un movimiento rotativo, se unen entre s, a travs de unin de arrastre de forma. Se dividen en:1. Unin de chaveta de ajuste: Sirven para la fijacin de una pieza de una mquina sobre un eje, cuando sta no se puede desplazar. Se instalan en ranuras de ajuste exacto.2. Unin de chaveta deslizante: Sirven para la fijacin de piezas de mquinas sobre un eje, stas se desplazan axialmente sobre el eje. Con pasadores: El pasador es un elemento de fijacin que se sirve de un agujero comn en las piezas a unir. Este tipo de uniones se utilizan para soportar esfuerzos paralelos al plano de la unin y se caracterizan por su facilidad de desmontaje.1. Unin con pasadores de fijacin: Fijacin de dos piezas sin arrastre de fuerza. Todo tipo de pasadores2. Unin con pasador de arrastre: Arrastre de una pieza de una maquina a travs de otra. Pasadores cilndricos y elsticos.3. Unin con pasador de articulacin: Unin movible o giratoria de dos piezas.Unin MvilUnin de piezas destinadas a impedir unos movimientos y favorecer otros. Pueden ser:a. Giratorias: Unin de piezas, donde una o ms se encuentran montadas sobre sendos rodamientos, lo que estabiliza su giro. Se caracterizan por su sellado radial.b. Deslizantes: Son aquellas en la que una de las dos piezas es fija, y la otra se desliza a travs de esta, con lubricante o ayuda de un tercer elemento.c. Flexibles: Unin entre dos piezas, que permite el movimiento relativo entre las piezas y deformaciones diferentes en ambas.2. Operaciones de SeparacinDestilacin El objetivo de la destilacin es separar, mediante vaporizacin, una mezcla lquida de sustancias miscibles y voltiles en sus componentes individuales, o en algunos casos en grupo de componentes. Ejemplos: la separacin de mezclas como alcohol y agua en sus componentes; el aire lquido en nitrgeno, oxgeno y argn; y un crudo de petrleo en gasolina, keroseno, fuel-oil y aceites lubricantes. (UNAM, 2013)

Evaporacin Es un proceso fsico mediante el cual una sustancia en estado lquido se transforma en vapor, debido al suministro de energa en forma de calor. Mientras mayor sea la cantidad de energa de la que se dispone o utiliza, y menor la presin que se tenga que vencer para lograr el cambio de fase, ms rpida ser la evaporacin. Al evaporar una disolucin, solo el disolvente pasa a vapor, mientras el slido disuelto y la disolucin residual se concentran. A este proceso se le conoce como concentracin por evaporacin. (Ramrez, 2011) Equipos: Evaporador simple efecto, capsula de evaporacin.SecadoEl secado se describe como un proceso de eliminacin de substancias voltiles (humedad) para producir un producto slido y seco. La humedad se presenta como una solucin lquida dentro del slido es decir; en la microestructura del mismo. El secado es un proceso de evaporacin, pero por debajo del punto de ebullicin del disolvente, pues resulta necesario conservar el material al secar, lo mejor que sea posible. Cuanto mayor es la superficie del material a secar y la temperatura de trabajo ms alta, el secado ser ms rpido y completo. El aire de los gases secadores calientes se mueven por succin con ventiladores (sopletes) o por difusin. (UDLAP, 2013) Equipos: secador de charolas, secador por aspersin FiltracinLa filtracin es la separacin de partculas slidas contenidas en un fluido, pasndolo a travs de un medio filtrante, sobre el que se depositan los slidos. La filtracin industrial va desde el simple colado hasta separaciones ms complejas. El fluido puede ser un lquido o un gas; las partculas slidas pueden ser gruesas o finas, rgidas o flexibles, redondas o alargadas, separadas o agregados. La suspensin de alimentacin puede llevar una fraccin elevada o muy baja 40-5% en volumen de slidos. (UNAM, 2013)CentrifugacinOperacin que consiste en separar los slidos no disueltos que estn suspendidos en un lquido o en separar dos lquidos no miscibles, por medio de la aplicacin de la fuerza centrfuga; este proceso acelera la velocidad de separacin de los componentes de la mezcla. Existen diversos equipos con lo cual se lleva a cabo, como las centrifugas de canasta vertical y horizontal y las de discos o platos. (Baca Cruz, y otros, 2014)TamizadoEs una operacin adicional a travs de la cual se pretende separar, por medio de mallas, partculas quebrantadas o trituradas, segn sus tamaos. Cuando se hace en quebrantado, enseguida se pasa al tamizado, con el fin de que los trozos que tengan tamaos adecuados continen el proceso los que no, sean quebrantados nuevamente. Como ya se mencion, esta separacin se hace a travs de mallas metlicas, de diferentes calibres; el calibre es el tamao de orificio de una malla. (Baca Cruz, y otros, 2014) Equipos: Criba, de tambor, tamiz plano, vibrador o zaranta.

3. Operaciones Unitarias en la Ingeniera Industrial Durante un proceso de transformacin ocurren trabajos de tipo fsico en los que la materia no sufre cambios qumicos, por ejemplo, en la reduccin de tamao, traslado y almacenamiento de materiales, separacin de los componentes de una mezcla, transferencia de energa o unin de los componentes. A este tipo de operaciones se ha convenido llamarles operaciones unitarias. A continuacin se explican las operaciones ms comunes aplicadas para transformar los materiales, lo cuales se agrupan de acuerdo a ciertas caractersticas.Transporte de materialesEs el traslado de un material determinado de un lugar a otro dentro de la planta o fabrica, en el proceso productivo, o bien, de un aparato o equipo a otro, en espera de ser procesado como producto terminado o semi-elaborado. Equipos: elevadores de cangilones, transportadores de rodillos, etc.Transporte de lquidos y gases por bombeoLas bombas y los compresores son medios de propulsin para el transporte de fluidos (lquidos y gases) por conductos (tuberas). Casi toda la industria requiere de bombas para transportar fluidos, incluso las ms simples necesitan una bomba para el transporte de agua potable. La construccin de las bombas se condiciona por las cantidades y las propiedades de los materiales a transportar, as como la presin que se desea tener en el fluido transportado. Equipo: bomba centrifuga, bomba de mboloCompresin de gasesCuando se requieren presiones altas, se emplean compresores, los cuales consisten en una gran cantidad de fluido a una mayor presin hasta lograr la presin deseada. Por lo regular, las industrias requieren presin para comprimir aire, en otras ocasiones, es necesario comprimir algn gas, como el fren o el amoniaco, para generar fro. Manejo de slidos, reduccin de tamaoEn ocasiones, las materias primas slidas y los productos slidos elaborados deben someterse a un proceso adecuado de trituracin, que permita obtener granos de 30 a 40 cm o polvos muy finos, segn las necesidades tcnicas del proceso. Por lo general, los materiales deben reducirse de tamao en forma gradual, es decir en etapas (molino de bolas, quebradora de rodillos, quebradora de mandbulas, quebrador de muelas, etc.). Las tres operaciones bsicas para reducir son: Quebrantar: significa romper en pedazos un slido hasta el tamao de una nuez. Triturar: consiste en triturar hasta el tamao de una lenteja. Moler: es una trituracin fina (talcos o polvos) para reducir el tamao de los materiales que requieren la aplicacin de fuerzas mecnicas de compresin, impacto o frotamiento.

Transferencia de calorEsta operacin consiste en la transferencia de energa de una sustancia caliente a una de menor temperatura hasta que se alcance el equilibrio. Dentro de los procesos industriales para calentar y enfriar se utilizan los intercambiadores de calor, los cuales son bsicamente equipos cuyo fin es poner, de manera indirecta o directa, en contacto dos sustancias, las cuales intercambian energa en forma de calor. Cuando se desea eliminar una determinada cantidad de calor (enfriamiento) se utilizan los aparatos creados para tal fin: refrigerantes o enfriadores. Los cambiadores de calor, como lo refrigerantes, se basan en la necesidad de intercambiar energa para disminuir la temperatura de una sustancia con objeto de enfriar o congelar. Equipos: Intercambiador de calor de serpentn, intercambiado de calor de tubo.Mezclado Operacin que consiste en la unin de dos o ms sustancias, ya sea en estado slido, lquido o gaseoso, de tal forma que conservan sus propiedades originales. La unin se logra por medio de fuerzas mecnicas generndose mezclas homogneas o heterogneas, denominadas soluciones, emulsiones, suspensiones, pastas o empapillado. A fin de llevar a cabo la agitacin los equipos de dispositivos tienen formas diversas, segn sea el material a agitar o la mezcla de reaccin. Equipos: Agitador de hlice, agitador de doble cono, mezcladora con amasadora4. Procesamiento de polmerosLos mtodos ms empleados en la industria para la transformacin fsica de plsticos (moldeo) son: ExtrusinSe utiliza ampliamente en la industria de los polmeros para la produccin en continuo de piezas con seccin constante de materiales termoplsticos y algunos termoestables. Se utiliza tambin en el modelo de soplado y para recubrimiento de superficies.Consiste en obligar a un material fundido a pasar a travs de una boquilla o matriz que tiene la forma adecuada para obtener el diseo deseado. La mquina se compone por un cilindro de calefaccin, un tornillo de plastificacin, tolva, cabezal y boquilla. El material se carga granulado, se calienta en el cilindro, se empuja con el tornillo y se extrae por la boquilla con una forma deseada. InyeccinEs quizs el mtodo ms empleado en la industria de los plsticos. Consiste bsicamente en fundir el material plstico en condiciones adecuadas e introducirlo a presin en cavidades de un molde donde se enfra a una temperatura apta para que las piezas puedan ser extradas sin deformarse. Moldeo por sopladoMediante el proceso de soplado pueden formarse cuerpos huecos como depsitos de combustible, bidones, botellas, etc. El proceso consiste en inyectar aire a una preforma tubular fundida que se encuentra en el interior de un molde con la forma adecuada del articulo a producir.Son necesarias una extrusora y una unidad de inyectado de aire. La extrusora trasforma el plstico en una masa fundida homognea, pasa por el cabezal que la desva en direccin vertical para hacerla pasar por una boquilla que la convierte en una preforma tubular pendiendo hacia abajo. A la longitud suficiente, el molde se cierra en torno a ella. El molde se desplaza hacia la unidad de inyeccin de aire, el cual penetra dentro del molde y le insufla aire, originando que el plstico se estampe con las paredes y se enfre. Moldeo rotacionalEs un mtodo para transformar plsticos que generalmente se encuentran en polvo o pasta liquida, para producir artculos huecos. En este proceso el plstico fro funde sobre las paredes de un molde metlico caliente que comienza a girar en torno a dos ejes, el cual adquiere la forma de las paredes del molde donde ms tarde se enfra para poder ser desmoldado. Mediante el rotamoldeo se pueden fabricar artculos ms grandes que en el soplado. Moldeo por compresinLa industria transformadora de plsticos utiliza este modelo para moldear materiales termoestables. El ciclo comienza con la apertura del molde, se introduce el material de moldeo, se cierra el molde caliente y se aplica presin el tiempo necesario hasta que el material haya curado totalmente.TermoconformadoProceso de moldeo de preformas de termoplsticos que generalmente se encuentran en forma de lmina. Se desarrolla en tres etapas:1. El material se calienta, generalmente por radiacin infrarroja pero tambin puede ser por conduccin o conveccin.2. Se tensa encima de un bastidor3. Por medio de aire a presin o vaco se estampa o presiona sobre las paredes de un molde frio.Se emplea para moldear piezas muy grandes que difcilmente se podran obtener por otra tcnica, pero su principal desventaja es que solo una de las caras de la pieza copia exactamente la forma del molde.

5. Procesos de conformadoAl abordar los procesos de conformado es necesario estudiar una serie de propiedades metlicas influenciadas por la temperatura, dado que estos procesos pueden realizarse mediante un trabajo en frio, como mediante un trabajo en caliente.Trabajo en froSe refiere al trabajo a temperatura ambiente o menor. Este trabajo ocurre al aplicar un esfuerzo mayor que la resistencia de cedencia original de metal, produciendo a la vez una deformacin.Caractersticas Mejor precisin Menores tolerancias Mejores acabados superficiales Mayor dureza de las partes Requiere mayor esfuerzoTrabajo en calienteSe define como la deformacin plstica del material metlico a una temperatura mayor que la de re-cristalizacin. La ventaja principal del trabajo en caliente consiste en la obtencin de una deformacin plstica casi ilimitada, que adems es adecuada para moldear partes grandes porque el metal tiene una baja resistencia de cedencia y una alta ductilidad.Caractersticas Mayores modificaciones a la forma de la pieza de trabajo Menores esfuerzos Opcin de trabajar con metales que se fracturan cuando son trabajados en fro.

Proceso de cizalladoEl proceso de cizallado es una operacin de corte de lminas que consiste en disminuir la lmina a un menor tamao. Para hacerlo el metal es sometido a dos bordes cortantes.Video: https://www.youtube.com/watch?v=u9Il43ZUJUAProceso de troqueladoEl proceso de troquelado es una operacin en la cual se cortan lminas sometindolas a esfuerzos cortantes, desarrollados entre un punzn y una matriz, se diferencia del cizallado ya que este ltimo solo disminuye el tamao de lmina sin darle forma alguna. El producto terminado del troquelado puede ser la lmina perforada o las piezas recortadas.Video: https://www.youtube.com/watch?v=O4Bx6Bjoj8o&feature=youtu.be&t=5Proceso de dobladoEl doblado de metales es la deformacin de lminas alrededor de un determinado ngulo. Los ngulos pueden ser clasificados como abiertos (si son mayores a 90 grados), cerrados (menores a 90) o rectos. Durante la operacin, las fibras externas del material estn en tensin, mientras que las interiores estn en compresin. El doblado no produce cambios significativos en el espesor de la lmina metlica.1. Doblado entre formasEn este tipo de doblado, la lmina metlica es deformada entre un punzn en forma de V u otra forma y un dado. Se pueden doblar con este punzn desde ngulos muy obtusos hasta ngulos muy agudos. Esta operacin se utiliza generalmente para operaciones de bajo volumen de produccin.Video: https://www.youtube.com/watch?v=lMxK7WzRKRI&feature=youtu.be

2. Doblado deslizanteEn el doblado deslizante, una placa presiona la lmina metlica a la matriz o dado mientras el punzn le ejerce una fuerza que la dobla alrededor del borde del dado. Este tipo de doblado est limitado para ngulos de 90.Video: https://www.youtube.com/watch?v=MveEfwzW7vEProceso de embutidoEl proceso de embutido consiste en colocar la lmina de metal sobre un dado y luego presionndolo hacia la cavidad con ayuda de un punzn que tiene la forma en la cual quedar formada la lmina. Video: https://www.youtube.com/watch?v=n-ht_5Ysurc&feature=youtu.be

Proceso de laminadoEl laminado es un proceso en el que se reduce el espesor de una pieza larga a travs de fuerzas de compresin ejercidas por un juego de rodillos, que giran apretando y halando la pieza entre ellos.Video: https://www.youtube.com/watch?v=VLsMSoNTPYY&feature=youtu.beProceso de forjadoEl proceso de forjado fue el primero de los procesos del tipo de compresin indirecta y es probablemente el mtodo ms antiguo de formado de metales. Involucra la aplicacin de esfuerzos de compresin que exceden la resistencia de fluencia del metal. En este proceso de formado se comprime el material entre dos dados, para que tome la forma deseada.Video: https://www.youtube.com/watch?v=MntC7dgGxRo&feature=youtu.beProceso de extrusinLa extrusin es un proceso por compresin en el cual el metal de trabajo es forzado a fluir a travs de la abertura de un dado para darle forma a su seccin transversal. Ejemplos de este proceso son secciones huecas, como tubos.1. Extrusin directaEn la extrusin directa, se deposita en un recipiente un lingote en bruto llamado tocho, que ser comprimido por un pistn. Al ser comprimido, el material se forzar a fluir por el otro extremo adoptando la forma que tenga la geometra del dado.2. Extrusin indirectaLa extrusin indirecta o inversa consiste en un dado impresor que est montado directamente sobre el mbolo. La presin ejercida por el mbolo se aplica en sentido contrario al flujo del material. El tocho se coloca en el fondo del dado contenedor.Video: https://www.youtube.com/watch?v=vHkwq_2yY9E&feature=youtu.be

BibliografaBaca Cruz, G., Baca Urbina, G., Cruz Valderrama, M., Cristbal Vzquez, I. M., Gutirrez Matus, J. C., Pacheco Espejel, A. A., y otros. (2014). Introduccin a la Ingeniera Industrial. Mxico: Editorial Patria.Departamento de Ingeniera Qumica, Universidad de Alicante. (2015). Bases del Procesado de Polmeros. Recuperado el 14 de Octubre de 2015Prez, L. P. (2013). Tipos de Conformados en Metales. Recuperado el 14 de Octubre de 2015, de http://ingenieriaindustrial3.blogspot.mx/Ramrez, N. (2011). ProIndustriales. Recuperado el 14 de Octubre de 2015, de http://proindusitriales.blogspot.mx/2013/05/proceso-deevaporacion-el-proceso-de.htmlRodelo, C. (2013). Procesos II. Recuperado el 14 de Octubre de 2015, de https://johnguio.files.wordpress.com/2013/11/tipos-de-uniones.pdfSalazar Lpez, B. (2012). Recuperado el 14 de Octubre de 2015, de Procesos Industriales: http://www.ingenieriaindustrialonline.com/herramientas-para-el-ingeniero-industrial/procesos-industriales/UDLAP. (3 de Mayo de 2013). Proceso de Secado. Recuperado el 14 de Octubre de 2015, de http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lim/cabrera_v_a/capitulo5.pdfUNAM, F. d. (2013). Procesos de Separacin I. Recuperado el 14 de Octubre de 2015, de http://depa.fquim.unam.mx/procesos/PDF/ProcesosI.pdf