1

Guía de Procesos IndustrialesInstituto Tecnológico De Soledad Atlántico ITSA (958-57393)

ISBN: 978-958-57393-8-3

1 BALANCE DE MATERIALES 4

1.1 UNIDADES Y CONVERSIÓN 4

1.1.1 SISTEMA DE UNIDADES Y MEDIDAS FUNDAMENTALES 41.1.1.1 TEMPERATURA 4

1.1.2 MOLES Y PESO MOLECULAR 5

1.1.3 CALCULO DEL PESO MOLECULAR 5

1.2 RATA DE FLUJO 6

1.3 DENSIDAD, VOLUMEN, MASA 6

1.4 PRESIÓN 6

1.5 CONCENTRACIÓN 7

1.6 GAS IDEAL 72 BALANCE DE MATERIALES 9

2.1 BALANCE DE MASA CUANDO NO OCURREN ---------REACCIONES 93 BALANCE DE MASA EN PROCESOS DONDE OCURRE ---------REACCIÓN 12

3.1.1 RESUMEN DE BALANCE DE MATERIALES 134 INDUSTRIA DEL PAPEL 14

4.1 INTRODUCCIÓN 14

4.2 PROCESAMIENTO DEL PAPEL 14

4.2.1 TIPOS DE PASTA 14

4.2.1.1 PASTA MECÁNICA 14

4.2.1.2 PASTA QUÍMICA 145 INDUSTRIA DEL VIDRIO 16

ÍND

ICE

5.1 INTRODUCCIÓN 16

5.2 PROCESAMIENTO DEL VIDRIO 16

5.3 DOSIFICACION Y MEZCLA 17

5.4 CONFORMADO 186 INDUSTRIA DEL PLÁSTICO 19

6.1 INTRODUCCIÓN 19

6.2 PROCESOS PRIMARIOS 19

6.2.1 EXTRUSIÓN 20

6.2.2 INYECCIÓN 20

6.2.3 SOPLADO 217 SECTOR ELÉCTRICO 22

7.1 INTRODUCCIÓN 22

7.2 PLANTA TERMOELÉCTRICA 22

7.3 TIPOS DE PLANTA TERMOELECRICA 23

7.4 FUENTES DE ENERGÍA UTILIZADA 23

7.4.1 IMPACTO AMBIENTAL 248 INDUSTRIA DE ALIMENTOS 25

8.1 INTRODUCCIÓN 25

8.2 MANIPULACIÓN Y ALMACENAMIENTO 25

8.3 EXTRACCION 25

9 REFERENCIAS 26

ÍND

ICE

4

1 BALANCE DE MATERIALES

A continuacion se presentan las herramientas más importantes de un proceso industrial, el cual es el balance de materiales. No obstante, primero repasaremos los sistemas de unidades para medir las variables físicas asociadas a un proceso.

1.1 UNIDADES Y CONVERSIÓN

1.1.1 SISTEMA DE UNIDADES Y MEDIDAS FUNDAMENTALES

Las medidas fundamentales más importantes son:• Temperatura.• Masa.• Longitud.• Tiempo.

En la Tabla 1, se encuentran los diferentes sistemas de medida y sus unidades asociadas.

Tabla 1. Sistema de unidades.

SISTEMA MASA ACELERACIÓN FUERZA

MKS kg m/s2 Newton (N)

CGS G cm/s2 Dyne

SI kg m/s2 Newton (N)

English Engineering Lbm ft/s2 lbfFuente: Elaboracion Propia.

1.1.1.1 TEMPERATURA

La temperatura es conocida comúnmente como la medida de “grados de calentamiento” de una sustancia. Hay diferentes escalas para referirse a la temperatura y también un sistema de conversión asociado a cada una de estas, que son:

• Grados Celcius (°C)• Grados Fahrenheit (°F)• Grados Rankine (°R)• Kelvin absoluto (K)

A continuacion se muestran las formulas para la conversión de unidades de temperatura:

5

1.1.2 MOLES Y PESO MOLECULAR

Una mol es una cantidad de sustancia que contiene una masa numéricamente igual a su peso molecular. Puede describirse mediante la siguiente ecuación 4:

(4)

En donde: n= mol m= masa p.m= peso molecular

Se puede decir que moles es otra forma de referirnos a la cantidad de una sustancia.

1.1.3 CÁLCULO DEL PESO MOLECULAR

Considere por ejemplo en peso atómico del agua: Formula= H2OPeso atómico del Hidrógeno = 1Peso atómico del Oxígeno = 16

El cálculo del peso molecular se realiza mediante la ecuación 5.

(5)

.mn

p m=

6

Ejercicios propuestos:

1. ¿Cuántas libras mol hay en 5000g de C4H10?2. ¿Cuántas libras mol hay en 6000g de NaOH?

1.2 RATA DE FLUJO

Es la expresión de la cantidad por unidad de tiempo. Hay tres tipos que son:

I. Flujo volumétrico: volumen por unidad de tiempo. Las unidades típicas son:

• ft3/h• m3/s• gal/min ó gpm

II. Flujo másico: masa por unidad de tiempo. Las unidades típicas son:

• lbm/h• kg/min• g/s

III. Flujo molar: moles por unidad de tiempo. Las unidades típicas son:• lbmol/h• kgmol/h• mol/s

1.3 DENSIDAD, VOLUMEN, MASA

La ecuación 6 representa la relación entre la masa y el volumen, conocida como densidad.

(6)

Otro concepto importante es la densidad molar, representada en la ecuación 7.

(7)

1.4 PRESIÓN

Lapresiónsedefinecomofuerzaporunidadeáreayestádefinidaporlafórmulade la ecuación 8:

(8)

mv

r =

nv

r =

FPA

=

7

Las unidades más importantes y sus conversiones asociadas son:

• 1 atmosfera (atm)• =14,7lbf/in2 (psi)• =1,013bar• =101,32kPa• =760mmHg• =33,91ftH2O

Note que las tres últimas unidades son de longitud y no de fuerza por unidad de área como las otras unidades, estas unidades indican la altura de una columna de líquido.Por otro lado los instrumentos que miden presión son calibrados para que la medida sea igual a la presión atmosférica, esto se resume en la siguiente formula:

P absoluta = P atmosférica + P manométrica

1.5 CONCENTRACIÓN

Lamayoríade lascorrientesoflujosenunprocesosonmezclas,soluciones,ovarioscomponentes,esporesoimportantedefinir lacomposicióndelamezcla.La concentración es expresa en términos de la cantidad de cada componente en la mezcla.

Las unidades de concentración más utilizadas son masa y fracción molar.

Componente de i en fracción másica= (masa de i)/(total de la masa de la mezcla) Componente de i en fracción molar= (moles de i)/(total de moles de la mezcla).

1.6 GAS IDEAL

Laleydeungasidealestádefinidaporlafórmuladelaecuación9:

(9)

En donde:P: PresiónV: Volumenn: Número de moles R: Constante T:TemperaturaR: Constante universal de los gases

pV nRT=

8

R es llamada la constante universal de los gases y esta expresada en diferentes unidades como se muestra a continuación en la Tabla 2:

Tabla 2. Constante universal de los gases.

CONSTANTE UNIVERSAL DE LOS GASES R

8.314×10−⁵ bar·m³/mol·K5.819×10−⁴ kW·h/lbmol·°R7.805×10−⁴ HP·h/lbmol·°R0.062361 mmHg·m³/mol·K

0.082057 atm·L/mol·K atm·m³/kmol·K

0.08314 bar·L/mol·K bar·m³/kmol·K

0.08478 (kgf/cm²)·L/mol·K0.73024 atm·ft³/lbmol·°R

1.9872 cal/mol·K kcal/kmol·K BTU/lb-mol·°R U.C.C./lbmol·°R

1.314 atm·pie³/lbmol·K

8.3144598 J/mol·K kJ/kmol·K Pa·m³/mol·K kPa·m³/kmol·K MPa·cm³/mol·K

10.731 psia·ft³/lbmol·°R (lb/plg²)·ft³/lbmol·°R

21.85 plgHg·pie³/lbmol·°R

62.364 mmHg·L/mol·K Torr·L/mol·K

82.057 atm·cm³/mol·K atm·L/kmol·K

83.14 bar·cm³/mol·K

555.0 mmHg·pie³/lbmol·°R Torr·pie³/lb-mol·°R

998.9 mmHg·pie³/lbmol·K Torr·pie³/lb-mol·K

1545.35 (lb/pie²)·pie³/lbmol·°R lb·pie/lbmol·°R

62364 mmHg·cm³/mol·K Torr·cm³/mol·K

8.314×10⁷ erg/mol·KFuente: Elaboracion propia

9

Ejemplo:

¿Cuál es el volumen de 100 lbm de CO2 a una presión de 25 psia y 400°F?

Primero se convierte la presión en unidades de atmosfera, ya que existe un criterio que dice que un gas se considera ideal a presiones menores a 3 atm.25psia*1atm/14.7psia=1.7 atm Se considera gas ideal. PV=nRT

El peso molecular del CO2 es 44lbm/lbmol

n= 100lbm/(44lbm/lbmol)=2.27lbmoles

V=nRT/P=[(2.27lbmoles)*(10.73ft3*psia/lbmoles*°R)*(860°R)]/(25psia)

V=837.88 ft3

2 BALANCE DE MATERIALES

El análisis de masa es una herramienta muy importante utilizada en los procesos industriales para el análisis, diseño, operación y resolución de problemas. El balance de masa está basado en la ley de conservación de la masa.

FLUJO DE MASA QUE ENTRA AL SISTEMA – FLUJO DE MASA QUE SALE DEL SISTEMA= FLUJO DE MASA ACUMULADA EN EL SISTEMA

2.1 BALANCE DE MASA CUANDO NO OCURREN REACCIONES

Considere el secador mostrado en la Figura 1. El secador ha sido diseñado para secar sólidos húmedos desde 50% de contenido de agua a solo 5% de contenido deagua.Calculeelflujodelascorrientes2m2 y 3 m3 respectivamente.

Figura 1. Secador.Fuente: Elaboración Propia.

10

Solución:

Balance de Masa Total:

m 1 –m 2 –m 3 = 0

1000=m2 + m 3(Ecu 1)

Balance de masa-agua: m w –m w –m = 0x wm –x wm –m =0

(0.5)(1000) – (0.05) m2 – m3= 0 (Ecu 2)

Resolviendo las ecuaciones 1 y 2 obtenemos como resultado:m2 = 473 lbm/hm3 =527 lbm/h

Ejemplo 2:

Considere la columna de destilación de la Figura 2, utilizada para la separación de componentes en un proceso. Calcular m2 y m3 y la fracción masica de x2

C6H14 .

Figura 2. Columna de destilación.Fuente: Elaboración Propia.

2

2

1 1 2 2 3

1 2 3

11

Balance de masa total:

m 1 = m 2 + m 3

Balance C3H8

m 1 - m 2 - m 3 =0

1000–m 2 –m 3 =0(ecu1)x1

C3H8m1 – x2C3H8m2

– y3C

3H

8m3 = 0 (0.25)(1000) – 0m2 – 0.55m3 = 0m3= 454.54 lbm/h

Reemplazamos m en la ecuación 1: 1000–m –454.54=0

m = 545.46 lbm/hBalance de masa-iC H

x1Ic4H10m1 – y3

Ic4H10 m3 – x 2Ic4H10 m 2 = 0

(0.35)(1000) – (0.4)(454.54) – x 2 Ic4H10 (545.46)=0

x 2Ic4H10= 0.31

Balance de masa iC H

x1Ic5H12m1 – y 3

Ic5H12 m3 – x 2

Ic5H12m 2 = 0

(0.20)(1000) – (0.05)(454.54) – x Ic5H12 (545.46)=0

X 2Ic5H12 = 0.325

Fraccion másica- Corriente 2:

x 2 C3H8 + x 2

Ic4H10 + x2Ic5H12 + x2

C6H14 = 1

x2C6H14 = 1 – 0.31 – 0.325

x2C6H14 = 0.365

4 10

5 12

12

3 BALANCE DE MASA EN PROCESOS DONDE OCURRE REACCION.

Losejemplosestudiadosconanterioridad,serefierensoloaprocesosdeseparación,en donde la masa y moles de cada componente son conservados. En procesos donde hay lugar a reacciones, el total de la masa es conservado pero las moles del componente involucrado en la reacción no.Antes de entrar en detalle repasemos brevemente las reacciones químicas, considere la siguiente reacción “genérica”:

aA + bB -àpP + sS (1)Las letras que indican reactantes son (A y B) y los productos (P y S) involucrados en laecua-ción;lasletrasminúsculasserefierenaloscoeficientesdeestequiometria,indicando las mo- les de los reactantes (a y b) y los productos (p y s). Podemos aclarar este tema mediante la siguiente reacción:

CO + ½O2 --à CO2 (2)

Esta reacción dice que 1 mol de CO reacciona con 0,5 moles de O para producir 1 mol de CO2.

Ejemplo:

Considereelreactordemostradoenlafigura3,dondelareacciónqueocurrees:

4HCl + O2 -à 2Cl2 + 2H2O100 kg/h de HCl entra en reacción a 100°C y 1.5 atmosferas. El O2 es obtenido del aire.Lacomposicióndelaire,es79%devolumendeNy21%devolumendeO2. El 50% de exceso de aire y la conversión de la reacción es de 80%. El aire entra a 30°C y 1.5 atmosferas. El producto deja el reactor a 300°C y 1.2 atmosferas.Calcular:

a. La composición molar de la corriente de producto.

b. Elflujovolumétricodelproducto.

c. Elflujovolumétricodelaireencondicionesestándar.

Figura 3. Reactor.Fuente: Elaboración Propia.

2

13

El O2 requerido para la reacción es calculado usando la ecuación de estequiometria:

Consecuentemente,

En este proceso el HCl es el reactante limitante (el aire está en exceso), y haciendo usodelasespecificacionesdelprocesoqueel80%delreactantelimitantereacciona.

Entonces la composición del producto es:

Entonceselflujomolarde3es:

3.1.1 RESUMEN DE BALANCE DE MATERIALES

1. Definirelsistemaalrededordelcualsevaaescribirelbalance.2. Decidir el tipo de balance: masa y moles.3. Contar el número de componentes o elementos. El número de balances que se pueden escribir son “número de componentes+1”.4. En algunos casos se debe recurrir a la expresión de la composición de los componentes5. Usarlasespecificacionesdelproceso.

14

4 INDUSTRIA DEL PAPEL

4.1 INTRODUCCIÓN

Elpapelesenesenciauntejidooentramadodefibrasvegetalesconaltocontenidodecelulosa,quehansidorefinadasytratadasenaguaantesdeserdepositadassobreun tamiz y realizar la operación de secado. El papel y los productos relacionados conélseelaboranapartirdefibrasdecelulosapresentesenlasplantas.Estasfibraspuedenprovenirdediferentesvegetales:algodón,madera,pajadecereales,caña de azúcar, etc., pero actualmente la mayor parte de la producción mundial del papel proviene de la madera. A la vez, un tercio del total de madera procesada en el mundo se emplea para la fabricación de pasta. La mayor proporción de pulpa se fabricaapartirdepulpademadera,aproximadamenteun90%delaproduccióntotal,porloquesóloun10%sefabricaapartirdeotrasfibras.

4.2 PROCESAMIENTO DEL PAPEL

La industria del papel se complementa con la industria pastera, esta integración tiene como ventaja principal el ahorro de energía, aunque son pocas las empresas que tiene integrados ambos procesos.

4.2.1 TIPOS DE PASTA

4.2.1.1 PASTA MECÁNICA

Este tipo de pasta se produce triturando la madera entre placas metálicas, para que se separen las fibras, rompiendo estas fibras de celulosa, por lo que lapasta resultante es débil. La lignina que une la celulosa a la hemicelulosa no se disuelve,simplementeseablanda,permitiendoque lasfibrasseasienten fuerade la estructura de la madera. El rendimiento (proporción de la madera inicial en la pasta) suele ser superior al 85%. Algunos métodos mecánicos de formación de pasta utilizan también productos químicos (por ejemplo, las pastas químico- mecánicas); sus rendimientos son más bajos porque eliminan más cantidad de materiales no celulósicos.

4.2.1.2 PASTA QUÍMICA

Las pastas mecánicas se producen triturando la madera contra una piedra o entreplacasmetálicas,paraqueseseparenlasfibras.Laaccióndelasmáquinasrompeestasfibrasdecelulosa,porloquelapastaresultanteesmásdébilquelaseparada químicamente. La lignina que une la celulosa a la hemicelulosa no se disuelve,simplementeseablanda,permitiendoquelasfibrasseasientenfueradela estructura de la madera.

15

El rendimiento (proporción de la madera inicial en la pasta) suele ser superior al 85%. Algunos métodos mecánicos de formación de pasta utilizan también productos químicos (por ejemplo, las pastas químico-mecánicas); sus rendimientos son más bajos porque eliminan más cantidad de materiales no celulósicos.

3.2.2 BLANQUEO

Elblanqueoesunprocesodirigidoenvariasetapasmedianteelcualserefinayaclaralapastaenbruto.Elobjetivoesdisolver(pastaquímica)omodificar(pastamecánica) la lignina parda que no se eliminó durante los procesos de elaboración delapasta,manteniendolaintegridaddelasfibras.Unafábricaproducepastaporencargo variando el orden, la concentración y el tiempo de reacción de los agentes blanqueantes.Cadaetapadelblanqueosedefineporsuagenteblanqueante,elpH (acidez), la temperatura y la duración. Después de cada una de ellas, la pasta se debe lavar con agentes cáusticos para eliminar los agentes blanqueadores y disolver la lignina antes de pasar a la siguiente. Finalizada la última etapa, la pasta se bombea a través de series de tamices y limpiadores para eliminar cualquier contaminante, como basura o plásticos.Elblanqueoesunprocesodirigidoenvariasetapasmedianteelcualserefinayaclara la pasta En resumen aunque existen numerosos procesos de manufactura, en general la mayor parte de los productos de papel involucran el siguiente orden de operaciones, consistiendo cada uno en varios pasos:

•La preparación de la madera consiste en remover la corteza del árbol y (para la mayor parte de las pulpas) partir la leña en pequeños trozos.

• El pulpeado elimina las fibras en la madera (u otro material) y las limpia deresiduos no deseados. Los métodos principales usan técnicas químicas, mecánicas o una combinación de ambas. Aunque el rendimiento de los procesos químicos de obtencióndepulpa(40-50%)sonmuchomásbajosquelosmecánicos(90-95%),la mayor fuerza y resistencia al envejecimiento así como descoloramiento de las pulpas químicas favorece su uso en la mayor parte de los productos que no sean papel periódico.

•Blanqueado, como lo indica su nombre, blanquea las pulpas y las habilita para su uso en papeles de escritura, imprenta y decorativos. Diversos grados de papel requieren niveles diferentes de tratamiento.

•La hechura del papel consiste en la preparación del material (batidos) formación de lámina, presión (para reducir el contenido de agua) y secado.

•Conversión:corte,dobladoyacabadodelosproductosfinales.

16

5 INDUSTRIA DEL VIDRIO

5.1 INTRODUCCIÓN

Elvidrioesunproductoartificialqueseobtieneapartirdeunasmateriasprimasqueaportan ciertos óxidos, como pueden ser SiO2, CaO, Na2O, etc., en una producción determinada. El paso de las materias primas al vidrio se hace fundamentalmente a través de reacciones químicas, obteniéndose la masa vítrea a alta temperatura.El sector del vidrio es sumamente diverso, tanto por los productos que fabrica como por las técnicas de producción que emplea. Los productos pueden ser desde copasdecristaldeplo-moartísticamentehechasamanohastavidrioflotadoengrandes cantidades para los sectores de construcción y automoción.

5.2 PROCESAMIENTO DEL VIDRIO

Existe una gran variedad de procesos de fabricación de vidrio, aunque algunas operaciones básicas son comunes a todos ellos. Puede establecerse la siguiente clasificación:• Fabricación de vidrio hueco (envases).• Fabricación de vidrio prensado (vidrio de mesa, aisladores, etc.).• Fabricación de vidrio plano:• Sistema Estirado Vertical (Pittsburgh y Fourcault).• Sistema Estirado Horizontal (Libbey-Owens).• Sistema de Flotación.• Sistema de Laminación.Otrosprocesos:fibradevidrio,vidrioóptico, tubo de vidrio, vidrio artístico, etc. Los procesos y técnicas de fabricación que suelen emplearse en el sector del vidrio la mayoría pueden dividirse en cinco fases básicas: manipulación de los materiales, fundición,conformación,procesosfinalesyembalaje.Dada su diversidad, la industria del vidrio utiliza una amplia gama de materias primas. Las técnicas de manipulación de materiales son comunes a muchas industrias. El mayor problema es el control del polvo generado por la manipulación dematerialesfinos.Lasprincipalesmateriasprimasutilizadasparalafundiciónsonmateriales para el soplado de vidrio (por ejemplo, arena de sílice o desperdicios devidrio),materialesintermediosomodificadores(porejemplo,cenizadesosa,caliza o feldespato) y agentes colorantes o decolorantes (por ejemplo, cromita férrica u óxido de hierro).Atendiendoasuvolumendefabricaciónlosvidriospuedenserclasificadosen:

• Comerciales.• Especiales.

17

Los vidrios comerciales son producidos en gran escala, y se usan en la mayoría de las aplicaciones, mientras que los especiales son menos comunes y se aprecian en la Tabla 3. Tabla 3. Clasificaciondelvidrio

TIPO DE VIDRIO NOMBRE

COMERCIALSODA CAL

BROMO

BOROSILICATO

ESPECIAL

SILICE VITREO

ALUMINOSILICATO

ALCALI-BARIO

BORATO

FOSFATOFuente: Elaboración propia.

5.3 DOSIFICACION Y MEZCLA

Las materias primas, con unas características de granulometría, humedad y propiedades químicas determinadas, se dosifican y mezclan con objeto deconseguir el tipo de vidrio deseado. La fundición (la mezcla de materias primas a alta temperatura para obtener vidrio fundido) es la parte más importante del proceso productivo. Se trata de una compleja combinación de reacciones químicasyprocesosfísicos,ypuededividirseenvariasfases:fusión;afinoyho-mogenización; y acondicionamiento.

A medida que la arena y la ceniza de soda son recibidas, se muelen y almacenan en depósitos en altura, en espera del momento en que serán transferidas a través de un sistema de alimentación por gravedad a los pesadores y mezcladores. En los mezcladores las materias primas son dosificadas y combinadas con vidrioreciclado para formar una mezcla homogénea, la cual es trasladada por medio de cintas transportadoras a un sistema de almacenamiento de cargas (batch) donde es contenida antes de ser depositada en el alimentador del horno de fundición. Al entrarlacargaalhornoatravésdelosalimentadores,éstaflotaenlasuperficiede la masa de vidrio fundida. Una vez que se funde, pasa al frente del baño yeventualmentefluyea través de la garganta de carga al refinador, donde esacondicionada térmicamente para descargar al proceso de formado. En la Figura 4 se ilustra el proceso

18

Figura 4. Diagrama de proceso.Fuente: Elaboracion Propia

5.4 CONFORMADO

El comportamiento viscoso-plástico de los vidrios a alta temperatura facilita su moldeado en un amplio intervalo térmico, utilizando para ello diversos procedimientos enfuncióndeltipodevidriofabricado:colado,soplado,prensado,estirado,flotado,laminado,centrifugadoyfibrado.Encadacaso,elvidrioseacondicionatérmicamenteen la zona de trabajo para estabilizar su viscosidad. De este parámetro depende la utilización de uno u otro procedimiento de conformado así como la cadencia y el rendimiento de fabricación en los sistemas automáticos.

Después del conformado, se somete al vidrio a un proceso de enfriamiento y recocido, etapa crítica ya que se requiere que el vidrio pase de un estado plástico a un estado rígidoconlasuficientelentitudparaquesuestructuraserelajedeformauniformeyadquieraen todossuspuntoselmismovolumenespecífico.Estaoperaciónescaracterística de cada proceso. A continuación se describe someramente para los sistemas de fabricación más empleados.

• Fabricación de vidrio hueco y vidrio prensado industrial. Las gotas de vidrio caenenlasmáquinasdeconformado,dondeseconsiguelaformafinalenunaodos etapas: Prensado en el caso de vidrio prensado; un primer prensado o soplado y unsopladofinalparavidriohueco.Enestaoperaciónseconsumeenergíaeléctrica,aire comprimido y aire o agua para refrigeración. En ciertos casos, se utiliza además un combustible limpio.

19

• Fabricación de vidrio plano según el sistema estirado. Existen dos sistemas: estirado vertical, y estirado horizontal. En ambos, el vidrio fundido se hace pasar por unos rodillos con objeto de formar la lámina con un espesor determinado. En esta fase del proceso se consume fundamentalmente energía eléctrica.• Fabricacióndevidrioplanosegúnelsistemadeflotación.Elcaesobreunbañodeestañofundido,dondeseproducenlosfenómenosdeflotaciónyformacióndela lámina en una atmósfera cuidadosamente controlada. Para la conducción del proceso, desde el punto de vista térmico, dispone el baño de una instalación de resistencias eléctricas.• Fabricación de vidrio plano según el sistema de laminación. El vidrio se extrae del hor- no de fusión por el procedimiento de colada continua, siendo sometido a un proceso de laminación, cuya misión consiste en formar la lámina, darle el espesor deseado y grabar en la hoja un determinado dibujo o insertar una malla.

6 INDUSTRIA DEL PLÁSTICO

6.1 INTRODUCCIÓN

La industria del plástico es una subdivisión de la industria petroquímica, la producción finaldeplásticossedirigeaunaampliagamadeactividadesindustrialesydeconsumofinalcomolasmanufacturasdeautopartes,envases,empaques,juguetería,calzado,producción de accesorios sanitarios y artículos de uso doméstico. Así mismo esta oferta se orienta hacia sectores estratégicos como la construcción y la agricultura. En los últimos años, productos como el cloruro de polivinilo (PVC), el polipropileno, el poliestireno, las resinas PET y las fibras poliestéricas, se constituyen en losprincipales productos de utilización.

6.2 PROCESOS PRIMARIOS

El plástico es moldeado a través de un proceso térmico donde el material pasa porel estado líquido y finalmente se solidifica.Enestegruposeencuentran lossiguientes procesos de transformación:

• Extrusión.• Inyección.• Soplado.• Calandreo.• Inmersión.• Rotomoldeo.• Compresión.

20

6.2.1 EXTRUSIÓN

La extrusión es un proceso continuo para la producción de productos semielaborados talescomotuberías,perfiles,vainasdecable,películas,láminasyplacas.Aunqueeldiseño de moldeo y algunos componentes de extrusión son diferentes, cada producto tiene el mismo método de producción.Elmaterialplastificadoenestadoahuladoesforzadoapasaratravésdeunamatrizpara formar a la pieza deseada. Después de pasar a través del dado o matriz, la pieza extrudidaqueestáparcialmentesolidificadaespasadaatravésdeuncalibradorparadarlaconfiguraciónfinalalelemento,yparamantenerlastoleranciasrequeridas.Luego la pieza es en enfriada por medio de agua o aire, cuando el material se ha consolidadolosuficientecomopararesistirlosdañosdurantelamanipulación,unsistema de estirado es utilizado para mantener una tensión constante en la pieza. Posterior al sistema de estirado o puller, un mecanismo de corte se utiliza para cortar el producto en las longitudes deseadas para el traslado o transformación posterior. Paraplastificarycalentarelpolímeroprovienedesdeelcalorgeneradoporlafriccióndel polímero debido al movimiento transmitido por el husillo de la extrusora a lo largo del barril o cámara calefactora. Las temperaturas generadas por la fricción son muy elevadas en algunos casos, lo que no hace necesario la adición de calor externo al barril. Este proceso se ilustra en la Figura 5.

Figura 5. Proceso de extrusión.

6.2.2 INYECCIÓN

El proceso de inyección de termoplásticos se basa en fundir un material plástico y hacerlofluirhaciaunmolde,atravésdeunaboquilla.Elmoldeoporinyeccióneslatécnica de procesamiento de mayor utilización para la transformación de plásticos. Su popularidad radica en la versatilidad para obtener productos de variadas geometrías y para diversos usos.En la actualidad, la mayoría de las máquinas inyectoras utilizan el principio del tornillo deArquímedesparaplastificarybombearelmaterial.Enuntornillode inyecciónseproduceel fenómenodeplastificacióndebidoalcalorgeneradoporlafriccióndel material con las paredes del barril y por el aporte de calor de las resistencias eléctricas alrededor del barril. Este proceso de inyeccion se ilustra en la Figura 6.

21

Figura 6. Proceso de inyeccion.

6.2.3 SOPLADO

El moldeo por soplado se utiliza para hacer objetos huecos tales como botellas de plástico; en este proceso el plástico fundido es soplado con aire comprimido para dar la forma deseada. La uni- dad de inyección es similar a la de extrusión y moldeo por inyección. Los procesos de moldeo por soplado más importante son:

• Moldeo por extrusión-soplado.

• Moldeo por inyección-soplado.

Con moldeo por extrusión-soplado, el plástico es extrudido en forma de un tubo. Luego, este elemento es transportado a un molde cerrado con la forma del producto finalparasersopladoconairecomprimidoyempujadocontralapareddelmolde.Finalmente elmoldede sopladoesenfriadoparaqueel producto final adquierala rigidez deseada. La Figura 7 muestra un ejemplo de moldeo por soplado de extrusión.

Aproximadamente el 75% de las piezas sopladas se fabrican mediante extrusión- soplado y el 25% mediante inyección-soplado. Dentro de estas últimas el 75% son biorientadas (tensión-sopla- do). Mediante la extrusión-soplado se pueden obtener velocidades de producción muy eleva- das y los costos asociados son bajos, sin embargo se producen muchos recortes y el control de espesor de pared y de la distribución de espesores es muy limitado.

22

Mediante la inyección-soplado, el control de espesor de las piezas es muy bueno y no producen recortes, aunque solo se pueden emplear para piezas relativamente pequeñas y los costos de producción. Este proceso de soplado se ilustra en la Figura 7.

Figura 7. Proceso de soplado

7 SECTOR ELÉCTRICO

7.1 INTRODUCCIÓN

La industria del sector eléctrico es la columna vertebral de la economía de un país, ya que esta suministra la energía necesaria para lograr la transformación de materia primaenunproductofinal, a continuacion sehará unabreve introducciónde lasdiferentes formas que hay para producir energía eléctrica.

7.2 PLANTA TERMOELÉCTRICA

Se denominan plantas termoeléctricas clásicas o convencionales aquellas plantas que producen energía eléctrica a partir de la combustión de carbón, fuel-oil o gas en unacalderadiseñadaparatalfin.

23

7.3 TIPOS DE PLANTA TERMOELÉCTRICA

Independientemente de cuál sea el combustible fósil que utilicen (fuel-oil, carbón o gas), el esquema de funcionamiento de todas las plantas termoeléctricas clásicas es prácticamente el mismo. Las únicas diferencias consisten en el distinto tratamiento previo que sufre el combustible antes de ser inyectado en la caldera y en el diseño de los quemadores de la misma, que varían según sea el tipo de combustible empleado.

7.4 FUENTES DE ENERGÍA UTILIZADA

La ventaja que tiene el gas como sustituto del carbón es que elimina los parques de almacenamiento, las instalaciones de secado y molienda, la evacuación de escorias; aumenta la vida de las calderas por la ausencia de incrustaciones y corrosiones y facilita considerablemente el control de la combustión. Cuando sustituye al fuel oil permite suprimir los depósitos de al- macenamiento, las instalaciones de bombeo, el consumo de vapor para el calentamiento de depósitos, tuberías e inyección en los mecheros de combustión. A continuación se observa en la Figura 8 el esquema de funcionamiento de una planta termoeléctrica.

Figura 8. Esquema de funcionamiento de una planta termoeléctrica clásica.

24

El funcionamiento de una planta termoeléctrica de carbón, como la representada en la Figura 8, es la siguiente: el combustible está almacenado en los parques adyacentes de la planta, desde donde, mediante cintas transportadoras (1), es conducido al molino (3) para ser triturado. Una vez pulverizado, se inyecta, mezclado con aire caliente a presión, en la caldera (4) para su combustión.Dentro de la caldera se produce el vapor que acciona los álabes de los cuerpos de las turbi- nas de alta presión (12), media presión (13) y baja presión (14), haciendo girar el rotor de la turbina que se mueve solidariamente con el rotor del generador (19),dondeseproduceenergíaeléctrica,lacualestransportadamediantelíneasdetransporta a alta tensión (20) a los centros de consumo.Después de accionar las turbinas, el vapor pasa a la fase líquida en el condensador (15). El agua obtenida por la condensación del vapor se somete a diversas etapas de calentamiento(16) y se inyecta de nuevo en la caldera en las condiciones de presión y temperatura más adecuadas para obtener el máximo rendimiento del ciclo.

El sistema de agua de circulación que refrigera el condensador puede operarse en circuito cerrado, trasladando el calor extraído del condensador a la atmósfera mediante torres de refrigeración (17), o descargando dicho calor directamente al mar o al río.

Para minimizar los efector de la combustión de carbón sobre el medio ambiente, la planta posee una chimenea (11) de gran altura (las hay de más de 300 metros), que dispersa los contaminantes en las capas altas de la atmósfera, y precipitadores (10) que retienen buena parte de los mismos en el interior de la propia planta.

7.4.1 IMPACTO AMBIENTAL

Las emisiones no se contienen. No deben ignorarse tampoco, por su contribución al cambio climático, las fugas accidentales de metano (CH4, componente casi exclusivo del gas natural) cuyo potencial de calentamiento a 20 años es 56 veces mayor que el de una cantidad igual de CO2. Según el IPCC (Panel Intergubernamental de expertos en Cambio Climático) la tasa de aumento anual de este gas es del 0,6% y es responsable, aproximadamente, del 16% del calentamiento terrestre actual.

Un problema que deben enfrentar estas plantas son sus necesidades de refrigeración. Como quedó dicho más arriba necesitan evacuar aproximadamente el 45% de su potencia térmica total. Las técnicas convencionales son dos: circuito abierto y torres húmedas. En la primera se necesitan emplear ingentes cantidades de agua que es devueltaalmediodespuésdesufrirunsaltotérmicosignificativo.

25

8 INDUSTRIA DE ALIMENTOS

8.1 INTRODUCCIÓN

El término industrias alimentarias abarca un conjunto de actividades industriales dirigidas al tratamiento, la transformación, la preparación, la conservación y el envasado de productos alimenticios. En general, las materias primas utilizadas son de origen vegetal o animal y se producen en explotaciones agrarias, ganaderas y pesqueras.

8.2 MANIPULACIÓN Y ALMACENAMIENTO

La manipulación de las materias primas, los ingredientes utilizados en la elaboración y los productos terminados es varia y diversa. Actualmente se tiende a reducir al mínimo la manipulación manual mediante la mecanización, el “proceso continuo” y la automatización.La manipulación mecánica puede abarcar el transporte interior autopropulsado con o sin embandejación o la disposición en grandes sacos a granel (que contienen a menudo varios miles de kilogramos de material en polvo seco); cintas transportadoras (que portan, por ejemplo, remolacha, grano o fruta); montacargas de cubetas (p. ej., congranoypescado);transportadoresdetornillosinfin(p.ej.,condulces,harina,etc.); canal de descarga en alto (p. ej., para descargar grano, azúcar, o frutos secos y para el transporte de harinas).

8.3 EXTRACCIÓN

Paraextraerunalimentoespecíficode la fruta, loscerealeso los líquidos,debeutilizarse uno de los métodos siguientes: trituración, machacado o molienda, extracciónporcalor(directaoindirecta),utilizacióndedisolventes,secadoyfiltrado.

La trituración, el machacado y la molienda suelen ser operaciones preparatorias; porejemplo,latrituracióndelosgranosdelcacaoyelcortadoenfinaslonjasdelaremolacha en la industria azucarera. En otros casos, pueden constituir el verdadero proceso de extracción, como en la molienda de harina.

El calor puede utilizarse directamente como medio de preparación por extracción, como en el caso del tostado (p. ej., del cacao, el café y la achicoria); en la fabricación suele aplicarse de modo directo o indirecto en forma de vapor (p. ej., extracción de aceitescomestiblesodeljugodulcedefinas lonjasde remolachaen la industriaazucarera).

26

9 REFERENCIAS

•Fernández Navarro, J. M., El vidrio. Tercera edición. Madrid, España: editorial CSIC; año 2003, pp. 62-63.

•Himmelblau, D.M.“Principios y Cálculos Básicos de Ingeniería Química”. Prentice Hall,México,sextaedición,1997

•Richardson Lokensgard, Industria del plástico: plástico industrial.- Madrid: Paraninfo, c2000.

•Askeland, Donald R. Ciencia e ingeniería de los materiales 4a. ed. México : Thomson, 2004