Procesos industriales
procesos de fabricación de piezas o artículos a nivel industrial
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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]
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Clasificación de los procesos industriales
Los procesos industriales se pueden clasificar según varios criterios:[2]
Según el tipo de transformación
- 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
- 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)
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
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
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)
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
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)
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
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
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
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)
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)
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
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
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)
- 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.
