Diseño de Procesos y Productos en Ingeniería Química - Prof. Epelde, Apuntes de Ingeniería Química

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TEMA 1: DISEÑO DE PROCESOS Y

PRODUCTOS

INGENIERÍA DE PROCESOS Y PRODUCTOS

Objetivos

 Conocer las decisiones que deben tomar los equipos de diseño de procesos y productos.

 Tener idea de los pasos más importantes para realizar un diseño de un proceso. Esta parte de la asignatura, está orientada a enseñar como llevar a cabo esos pasos.

 Ser consciente de los muchos tipos de problemas ambientales y consideraciones de seguridad que son frecuentes en el diseño de un nuevo proceso químico.

 Entender que los ingenieros químicos usan una mezcla de cálculos manuales, hojas de cálculo, programas de ordenador, y simuladores de procesos para diseñar un proceso.

Al terminar el tema, debieras:

Ref: Seider, Seader y Lewin (1999), Cap. 1

Introducción (Cont.)

 Desarrollo del negocio:

 Alianzas corporativas, desarrollo de nuevos negocios, ventas y marketing, gestión de grandes cuentas, y fusiones y adquisiciones.  Profesionales activos en crear y gestionar relaciones para anticiparse a los cambios de negocio.  Relaciones externas: con líderes de negocios, áreas problemáticas, estructuras corporativas de los clientes, …  Relaciones internas: comprender totalmente el negocio, relaciones con los que toman las decisiones y enseñar a la empresa sobre las condiciones de mercado

Introducción (Cont.)

 Desarrollo del negocio:

 Los profesionales deben anticiparse a los cambios de mercado, comprender las tecnologías emergentes y sus implicaciones en el mercado, y evaluar críticamente las soluciones actuales y anticipar las soluciones dominantes en el futuro  Organización formada por expertos en ventas y mercados y a veces por técnicos con experiencia

Introducción (Cont.)

 Desarrollo tecnológico:

 Protección de la tecnología incluyendo la gestión de cómo se hacen las invenciones, solicitud de patentes, gestión de las patentes y seguimiento de las patentes de los competidores.  Las empresas pueden tener sus propios laboratorios además de un centro de I+D corporativo. Este se centra en desarrollar tecnología a largo plazo, mientras que las filiales se centran en desarrollarla a corto plazo.  I+D formado por ingenieros químicos, químicos, biólogos, físicos, ingenieros de materiales, mecánicos, eléctricos, informáticos … sobre todo doctores

Introducción (Cont.)

 Desarrollo del producto:

 Planificación estratégica de productos, desarrollo de nuevos productos, lanzamiento de productos, servicio al cliente y protección de productos.  Se centran en el producto y anticipan cambios de productos  Relaciones externas: con los que adoptan productos antes que nadie. Comprender las características de los productos y donde pueden ubicarse.  Relaciones internas: comprender los planes estratégicos de oferta de productos y como se alinean los esfuerzos del desarrollo de productos con esos planes

Introducción (Cont.)

 Fabricación:

 Planificación estratégica de la fabricación, desarrollo y cualificación de nuevos procesos de fabricación, desarrollo de la cadena de suministros, fuentes de materias primas, y aseguramiento de la calidad del producto.  Gestión de fabricación de productos y anticipación cambios en las tecnologías de fabricación  Relaciones externas: con instalaciones de fabricación y empresas de ingeniería  Relaciones internas: comprender el plan estratégico de fabricación de productos y el alineamiento del esfuerzo de desarrollo de la tecnología de fabricación con ese plan

Introducción (Cont.)

 Fabricación:

 Los profesionales se centran en tecnologías y prácticas emergentes de fabricación y en su impacto sobre el rendimiento, coste y calidad, así como en la extrapolación de futuras necesidades de fabricación.

 Las cuatro organizaciones deben comunicarse, colaborar y trabajar unidas.

 Los equipos de diseño se han hecho más multidisciplinares.

 Actividad creativa.

 Síntesis de ideas para lograr un propósito.

 Limitaciones:

Recursos

Leyes físicas

Normas y códigos

Regulaciones de seguridad

Limitaciones económicas

Controles gubernamentales

Elección del proceso Materiales

Tiempo Personal

Métodos

Condiciones de proceso

Diseños plausibles

Diseños posibles

Naturaleza del diseño

Objetivo (Especificaciones de diseño)

Recopilación de datos, propiedades físicas, métodos de diseño

Generación de posibles diseños

Selección y evaluación (Optimación)

Diseño final

Naturaleza del diseño (Cont.)

Etapas en el desarrollo de un diseño: proceso iterativo

 Productos químicos en cantidades pequeñas:

 Diseño del producto: identificar los compuestos químicos o la mezcla de compuestos que tienen las propiedades deseadas  Crear un producto que se pueda patentar y que tenga una demanda suficientemente elevada para tener un precio de venta atractivo.  Diseñar el proceso de fabricación.

 Grandes cantidades de un producto:

 En estos casos el diseño se centra en el proceso para obtener estos productos a partir de diferentes materias primas.

Naturaleza del diseño (Cont.)

Naturaleza del diseño (Cont.)

 A menudo, los problemas de diseño nacen de químicos, bioquímicos, e ingenieros en laboratorios de investigación para satisfacer los deseos de los clientes de obtener productos químicos con mejores propiedades  A veces, varios productos muy conocidos, como el Teflon (poli-tetrafluoretileno), se descubrieron por accidente.  En otros casos, se dispone de repente de una fuente barata de materias primas.  Otros problemas de diseño nacen cuando se descubren nuevos mercados, sobre todo en países en vías de desarrollo.  Otra fuente es el propio ingeniero, que a veces tiene una idea de que un nuevo producto o ruta para fabricar un producto existente puede ser muy rentable.

 Origen de los problemas de diseño

 Los problemas de diseño son abiertos y pueden tener muchas soluciones atractivas y casi óptimas.

 El diseño es la actividad más creativa y es la esencia de la ingeniería.

 Los ingenieros químicos implicados en el diseño de productos y procesos se enfrentan a retos: (1) determinar la composición de mezclas para obtener determinadas propiedades. (2) crear diagramas de flujo y elegir condiciones de operación para obtener los productos deseados con una gran selectividad, poca recirculación y bajos costes de servicios. (3) crear productos industriales y para el consumidor.

Etapas en el diseño de productos y procesos

 Problemas de diseño primitivo

• Ejemplo

 Etapas en el diseño de procesos químicos

• Evaluar el problema primitivo
• Creación del proceso
• Desarrollo del caso base
• Síntesis detallada del proceso – Métodos algorítmicos
• Evaluación de la controlabilidad del proceso
• Diseño detallado, dimensionado, estimación de costes, optimización
• Construcción, puesta en marcha y operación

Ref: Seider, Seader y Lewin (1999), Cap. 1

Etapas en el diseño de productos y procesos