La ingeniería de procesos es la comprensión y aplicación de los principios y leyes fundamentales de la naturaleza que permiten a los seres humanos transformar la materia prima y la energía en productos útiles para la sociedad, a nivel industrial . [1] Al aprovechar las fuerzas impulsoras de la naturaleza como los gradientes de presión , temperatura y concentración , así como la ley de conservación de la masa , los ingenieros de procesos pueden desarrollar métodos para sintetizar y purificar grandes cantidades de productos químicos deseados. [1] La ingeniería de procesos se centra en el diseño, operación, control, optimización e intensificación de procesos químicos, físicos y biológicos. La ingeniería de procesos abarca una amplia gama de industrias, como la agricultura , la automotriz , la biotecnológica , la química , la alimentaria , la de desarrollo de materiales , la minera , la nuclear , la petroquímica , la farmacéutica y la de desarrollo de software. La aplicación de métodos sistemáticos basados en computadoras a la ingeniería de procesos es la "ingeniería de sistemas de procesos".
La ingeniería de procesos implica el uso de múltiples herramientas y métodos. Dependiendo de la naturaleza exacta del sistema, los procesos deben simularse y modelarse utilizando matemáticas e informática. Los procesos en los que el cambio de fase y el equilibrio de fases son relevantes requieren un análisis utilizando los principios y las leyes de la termodinámica para cuantificar los cambios en la energía y la eficiencia. Por el contrario, los procesos que se centran en el flujo de material y energía a medida que se acercan al equilibrio se analizan mejor utilizando las disciplinas de la mecánica de fluidos y los fenómenos de transporte. Las disciplinas dentro del campo de la mecánica deben aplicarse en presencia de fluidos o medios porosos y dispersos. También deben aplicarse los principios de la ingeniería de materiales, cuando sea pertinente. [1]
La fabricación en el campo de la ingeniería de procesos implica una implementación de pasos de síntesis de procesos. [2] Independientemente de las herramientas exactas requeridas, la ingeniería de procesos se formatea mediante el uso de un diagrama de flujo de proceso (PFD) donde se especifican las rutas de flujo de material , el equipo de almacenamiento (como tanques y silos), las transformaciones (como columnas de destilación , tanques receptores/de cabeza, mezcla, separaciones, bombeo, etc.) y los caudales , así como una lista de todas las tuberías y transportadores y sus contenidos, propiedades del material como densidad , viscosidad , distribución del tamaño de partícula , caudales, presiones, temperaturas y materiales de construcción para las tuberías y operaciones unitarias . [1]
El diagrama de flujo del proceso se utiliza entonces para desarrollar un diagrama de tuberías e instrumentación (P&ID) que muestra gráficamente el proceso real que está ocurriendo. Los P&ID están pensados para ser más complejos y específicos que un PFD. [3] Representan un enfoque menos confuso para el diseño. El P&ID se utiliza entonces como base de diseño para desarrollar la "guía de operación del sistema" o " especificación de diseño funcional " que describe el funcionamiento del proceso. [4] Guía el proceso a través del funcionamiento de la maquinaria, la seguridad en el diseño, la programación y la comunicación eficaz entre ingenieros. [5]
A partir del P&ID, se puede mostrar un diseño propuesto (disposición general) del proceso desde una vista aérea ( plano de parcela ) y una vista lateral (elevación), y otras disciplinas de ingeniería están involucradas, como ingenieros civiles para el trabajo del sitio (movimiento de tierra), diseño de cimientos, trabajo de diseño de losa de hormigón, acero estructural para soportar el equipo, etc. Todo el trabajo previo está dirigido a definir el alcance del proyecto, luego desarrollar una estimación de costos para instalar el diseño y un cronograma para comunicar las necesidades de tiempo para la ingeniería, la adquisición, la fabricación, la instalación, la puesta en servicio, el arranque y la producción continua del proceso.
Dependiendo de la precisión necesaria de la estimación de costos y del cronograma requerido, generalmente se proporcionan varias iteraciones de diseños a los clientes o partes interesadas, quienes envían sus comentarios sobre sus requisitos. El ingeniero de procesos incorpora estas instrucciones adicionales (revisiones del alcance) en el diseño general y las estimaciones de costos adicionales, y se desarrollan cronogramas para la aprobación de la financiación. Después de la aprobación de la financiación, el proyecto se ejecuta a través de la gestión del proyecto . [6]
Las actividades de ingeniería de procesos se pueden dividir en las siguientes disciplinas: [7]
Desde tiempos inmemoriales se han utilizado diversas técnicas químicas en los procesos industriales. Sin embargo, no fue hasta la llegada de la termodinámica y la ley de conservación de la masa en la década de 1780 que la ingeniería de procesos se desarrolló y se implementó adecuadamente como disciplina propia. El conjunto de conocimientos que hoy se conoce como ingeniería de procesos se forjó a partir de la prueba y el error a lo largo de la revolución industrial. [1]
El término proceso , en relación con la industria y la producción, se remonta al siglo XVIII. Durante este período, la demanda de diversos productos comenzó a aumentar drásticamente y los ingenieros de procesos tuvieron que optimizar el proceso mediante el cual se creaban estos productos. [1]
En 1980, el concepto de ingeniería de procesos surgió del hecho de que las técnicas y prácticas de ingeniería química se utilizaban en una variedad de industrias. Para ese momento, la ingeniería de procesos se había definido como "el conjunto de conocimientos necesarios para diseñar, analizar, desarrollar, construir y operar, de manera óptima, los procesos en los que cambia el material". [1] A fines del siglo XX, la ingeniería de procesos se había expandido desde las tecnologías basadas en la ingeniería química a otras aplicaciones, incluidas la ingeniería metalúrgica , la ingeniería agrícola y la ingeniería de productos .