Planeación, Estrategias Y Táctica
La Planeación comprende tanto el programa de acción normativo del consejo directivo y/o alta dirección de una empresa, como sus metas y objetivos.
El programa de acción define los objetivos, metas, políticas y prioridades a mediano y largo plazo, para cada uno de los niveles de decisión de la empresa (áreas sustantivas y adjetivas).
El proceso de planeación consta básicamente de las siguientes etapas:
• Establecimiento de objetivos
• Formulación de estrategias
• Desarrollo de los planes de operación
• Establecimiento de presupuestos financieros
• Ejecución de las operaciones
En cada etapa de este proceso se hace una serie de suposiciones; por ejemplo, para una empresa los resultados financieros pronosticados se basan en suposiciones de venta y de costos, las cuales a su vez se basan en suposiciones de demanda, de competencia, de programas de desarrollo de productos, de programas de reducción de costos de planes de adquisición y así sucesivamente.
Es difícil trazar una línea divisoria exacta entre los planes de trabajo y la estrategia. En numerosos casos, un plan de trabajo establecido tiende a modificar un plan recientemente formulado. En tal caso, el plan establecido tiene una ventaja estratégica sobre el nuevo.
Algunos planes de trabajo se establecen corno guía de alguna acción determinada, como la compra de nueva maquinaria o la ampliación de la negociación abriendo otra tienda. Otros planes se establecen como guías estratégicas y, por tanto, por sí mismos modifican todos los demás que tienen alguna relación con ellos.
La estrategia, en otras palabras, es un tipo de plan formulado o usado con objeto de interpretar o disminuir la importancia y significado de otros planes.
La estrategia es un concepto que abarca la preocupación por “que hacer” y no por “como hacer”, es decir busca que se implementen todos los medios necesarios para ponerla en práctica. Una estrategia da lugar a muchas tácticas y por ello la estrategia empresarial es básicamente una actividad racional que implica poder identificar las oportunidades y amenazas del ambiente donde oferta la empresa, así como evaluar las limitaciones y fortalezas.
La estrategia es un plan (generalmente a largo plazo) que es el resultado (planeación táctica) de una decisión ejecutiva (tomado por los más altos niveles de autoridad) cuyo objeto consiste en desarrollar total o parcialmente los recursos humanos y materiales de la empresa para desarrollarla o lograr su crecimiento total o parcial a través de:
• Una ampliación, y consolidación de su situación financiera.
• Una ampliación de su mercado potencial.
• Una ampliación de sus actuales líneas de crecimiento.
Para que la planeación sea sumamente práctica y eficaz, deberá tomar en cuenta y adaptarse a las reacciones de las personas a quienes afecta. Esto implica el uso de estrategia en la plantación.
La táctica por su parte, es un esquema específico para emplearse algunos recursos en una estrategia general. Por ejemplo en el plano gerencial, el presupuesto anual o el plan anual de Inversión es un plan táctico dentro de una estrategia global a largo plazo. Sin embargo, estos medios incluyen a toda la empresa y para ello hay que atribuir responsabilidades a los diferentes niveles o subsistemas de la organización.
Diseño Organizacional
Toda empresa necesita para su funcionamiento un complicado tejido de decisiones, desde las del tipo general, a las específicas que incluyen procesos diarios. Hasta finales de la década de los ochenta si concedía poca atención a la manera característica de tomar decisiones en la empresa, tema que hoy en día se ha convertido en algo muy estudiado e investigado. Como la mayoría de los temas abstractos, el estudio de las decisiones requiere considerable atención a la definición de los términos que en él se incluyen. Estos términos son:
a) Filosofía de la gestión: Para entender bien qué es filosofía de la gestión, hay que empezar por entender el concepto filosofía de la empresa en cuestión. Esto dará una serie de datos sobre carácter de la empresa, acerca de cómo y dónde ha llegado, el sitio que ocupa en su universo, su fortaleza y debilidades y la relación que guarda con las instituciones sociales y políticas. Específicamente, dicho concepto puede derivarse de la comprensión de:
1. Quiénes forman la empresa y cómo son las relaciones mutuas.
2. La historia de la empresa considerada.
3. El fondo ético de sus dirigentes, empleados, clientes, competidores y provee- dores.
4. El universo en el que se mueve.
5. La estructura económica de la misma.
b) Objetivos: Los seres humanos se guían por objetivos de índole general. Un grupo de personas reunidas en un esfuerzo "cooperativo" sigue aspirando a sus fines personales, a los propios propósitos, pero, además, su acción conjunta debe guiarse por los "objetivos básicos del grupo"; entre menos suceda esto, menor será la fuerza que sustentará dicho grupo.
Los objetivos suponen juicios de valor y, por tanto, incluyen cuestiones de índole ética. Pueden considerarse eficientes, no eficientes, verdaderos o falsos. A ese nivel la dirección no ha de calificarse de ciencia. Los aspectos positivos (los objetivos que pueden considerarse buenos) pueden ser manejados por un método científico y ser calificados de correctos o incorrectos; por esto es importante separar el componente ético del componente positivo.
Cabe indicar que los objetivos de la empresa son fundamentales, pero difíciles de exponer con sencillez y claridad. Peter Drucker, sin embargo, observa que un capítulo esencial de la gestión consiste en el establecimiento de objetivos útiles en cada área operativa y en todos los niveles, de manera que cada miembro de la organización pueda ver claramente los objetivos de la misma.
c) Líneas de actuación: en tanto los objetivos señalan el fin hacia el que se dirige el gestor, sus líneas de actuación suponen las guías, los "carriles" que le ayudarán a alcanzar éstos. Las líneas de actuación incluyen ese conjunto de, acuerdos que hace que la acción de cada miembro, dado un momento y unas circunstancias, sea más fácil de predecir por parte de los demás.
d) Decisiones: una decisión es una clase de acción que se escoge conscientemente para alcanzar un resultado concreto. El administrador ha de determinar las acciones que ante él se presentan y tiene que hacer algo más que escoger entre varias alternativas predeterminadas. Ha de decidir cuáles de las posibles acciones son razonables. Luego debe investigar los resultados probables de las elecciones alternativas que cabe entender, antes de llegar a tomar la decisión final.
e) Estrategia: A menudo las estrategias denotan, por tanto, un programa general de acción y un conato de empeños y recursos para obtener objetivos amplios. Anthony los define como el resultado de “el proceso de decidir sobre objetivos de la organización, sobre los cambios de estos objetivos, sobre los recursos usados para obtener estos objetivos y políticas que deben gobernar la adquisición, uso y organización de estos recursos". Y Chandler define una estrategia como "la determinación de los propósitos fundamentales a largo plazo y los objetivos de una empresa, y la adopción de los cursos de acción y distribución de los recursos necesarios para llevar adelante estos propósitos."
El propósito de las estrategias, entonces, es determinar y comunicar a través de un sistema de objetivos y políticas mayores, una descripción de lo que se desea que sea la empresa. Las estrategias muestran la dirección y el empleo general de recursos y de esfuerzos. No tratan de delinear exactamente cómo debe cumplir la empresa sus objetivos, puesto que ésta es la tarea de un número enorme de programas de sustentación mayores y menores. Pero son una referencia útil para guiar el pensamiento y la acción de la empresa. Esta utilidad en la práctica y su importancia como guía en los planes justifican su consideración por separado como un plan para fines analíticos. Las estrategias pueden ser:
Formuladas: La fuente más lógica de las estrategias es el nivel más alto de la administración, quien las formula con el propósito expreso de guiar las operaciones de sus subalternos y/o subordinados.
Consultadas: En la práctica, la mayor parte de las estrategias tienen su origen en consultas que se hacen sobre casos específicos y especiales, que para su absolución suben a lo largo de la escala jerárquica.
Implícitas: Sucede a veces que las estrategias se originan en lo que es práctica usual dentro de una empresa. El personal de una empresa considerará lo que usualmente ocurre o se acostumbra dentro de ella, como política de la empresa.
Impuestas externamente: En gran medida y en forma consciente, las estrategias se fijan externamente a la empresa, por el gobierno, los sindicatos y las asociaciones comerciales.
La planeación, para que sea sumamente práctica y eficaz, deberá tomar en cuenta y adaptarse a las reacciones de las gentes a quienes afecta. Una decisión dada, que pudiera resultar óptima, será quizá poco conveniente y por lo tanto desechada cuando las acciones de quienes se opongan a ella no sean tomadas en consideración. Por lo tanto, es necesario establecer estrategias en la planeación.
La expresión "estrategia' se usa aquí en el sentido de un enfoque bien mediato del plan y de su aplicación, de tal manera que se tropiece con un mínimo de dificultades por las reacciones de las personas a quienes afecta. Se podría decir, en este caso, que la "estrategia" serán los cursos de acción que se implantan después de haber tomado en consideración contingencias imprevisibles respecto de las cuales se dispone de información fragmentada, y sobre todo la conducta de los demás.
La estrategia tiene una dimensión en el tiempo. Unas decisiones son irreversibles, mientras otras cambian cuando se presenta la oportunidad o necesidad de que así sea.
f) Acción: El resultado final de las líneas de actuación y de todo un proceso decisorio demanda una cadena de acciones. “Agregación de una nueva actividad o la modificación de una ya existente, acarrea cambios en las actividades normales asociadas y dependientes de la nueva actividad agregada o modificada. Sea como fuere, los objetivos, planes y las decisiones se convierten en acciones, que pueden originarse de muchas circunstancias, incluyendo entre otras el cambio de rutina, la formación de una nueva empresa o la disgregación de una existente, así como la presencia de sucesos poco frecuentes.
Aquí se incluye el proceso de integración que facilita el enlace, entre estos niveles, llevándose a cabo a través de medios de coordinación intra organizacional. Dentro de este existe el esquema de Reglas y Procedimientos, que constituyen un medio económico para obtener integración entre asuntos rutinarios, sin embargo el empleo exagerado de este medio puede traer consecuencias disfuncionales, y planes y objetivos que puede integrar muchos asuntos no rutinarios, que no logran los procedimientos ni reglas, pero su costo es alto en cuanto a tiempo y esfuerzo se refiere.
En el cuadro siguiente, se esquematiza como es el proceso de Planeación incluyendo los tres niveles de las organizaciones:
TIPOS DE PLANEACION
ALCANCE NIVELES TIPO DE PLANEACION OBJETO
Largo plazo Institucional Estratégica Elaboración del mapa
Mediano plazo Intermedio Táctica Conversión
Corto plazo Operacional Operacional Subdivisión de planes
Nivel institucional
En este nivel se realiza la llamada Planeación Estratégica, por que los lineamientos son diseñados y asumidos por los dirigentes o altos mandos de la organización, para toda la organización. Por ello, cumplen con la tarea de enfrentar la incertidumbre que se genera en el ambiente, determinando las amenazas y oportunidades y diseñando estrategias para enfrentar estos dos anteriores.
a proyección se debe realizar a largo plazo, y se debe tomar a toda la empresa, diseñando una Misión (Actual), Visión (futuro) y Metas (Proyecciones). Básicamente no solo se preocupa por anticiparse al futuro, sino por visualizar implicaciones futuras en decisiones actuales. Está proyectada al logro de los objetivos institucionales de la empresa, y tiene como finalidad básica el establecimiento de guías generales de acción de la misma.
Es verdaderamente difícil distinguir entre el plan estratégico de la organización y las estrategias para realizar éste, lo cual sucede porque ambos están referidos al "plan general", enfocados para realizar los objetivos.
Las estrategias son a menudo referidas a la competencia. Por ejemplo, el plan estratégico de un periódico nacional puede tener como objetivo incrementarla renta de anuncios en "X" porcentaje. La estrategia escogida para realizar este objetivo puede ser la publicación por separado de ediciones geográficas con anuncio regionales.
El propósito de la planeación estratégica es entonces determinar la forma d crecimiento de las organizaciones, señalando los productos y servicios a desarrollar para el logro de sus objetivos.
Este tipo de planeación se concibe como el proceso que consiste en decidir sobre los objetivos de una organización, sobre los recursos que serán utilizados y las políticas generales que orientaran la adquisición y la administración de tales recursos, considerando a la empresa como una entidad total. Las características de esta planeación son, entre otras, las siguientes:
• Es original, en el sentido que constituye la fuente u origen para los planes específicos subsecuentes.
• Es conducida o ejecutada por los más altos niveles jerárquicos de dirección.
• Establece un marco de referencia general para toda organización. 1, Se maneja información fundamentalmente externa.
• Afronta mayores niveles de incertidumbre en relación con los otros tipos de planeación.
• Normalmente cubre amplios periodos.
• No define lineamientos detallados.
• Su parámetro principal es la eficiencia.
La planeación del crecimiento de la empresa puede considerarse como representativa de la planeación a largo plazo.
Los planes estratégicos de la dirección ejecutiva superior de la compañía determinan factores como velocidad, cantidad y cualidad de los resultados obtenidos con planes específicos de operación. La incapacidad o falta de deseo de la dirección superior para decidir problemas de planes estratégicos como, por ejemplo, la suma de dinero que estará disponible para algún nuevo proyecto, conduce inevitablemente a indecisión e irresolución en el cumplimiento de los planes formulados.
La actitud estratégica del consejo de directores, el presidente y los funcionarios principales hacia los competidores de la compañía influirá fuertemente en todos los planes de venta. Si la dirección superior tiene temor de sus competidores, por ejemplo, es difícil que el departamento de ventas formule planes departamentales de venta que tengan por objeto, hacer frente y luchar contra una competencia fuerte.
Nivel intermedio
• Este nivel asimila las presiones e influencias ambientales generadas por la incertidumbre en el nivel institucional. Es una relación entre tareas por hacer y el tiempo disponible para hacerlas. El propósito de las decisiones en este nivel, debe ser limitado, con plazos más cortos, áreas menos amplias. Las decisiones implicadas abarcan partes de la empresa: su amplitud es departamental. Se orienta hacia resultados satisfactorios.
• En este nivel, la Planeación Táctica toma un concepto de toma deliberada y sistemática de decisiones que incluyen propósitos mas limitados, plazos más cortos, áreas menos amplias y niveles medios en la jerarquía.
• La empresa representa un intento por integrar el proceso decisorio y alinearlo a la estrategia diseñada para orientar el nivel operacional en sus tareas y actividades con el fin de alcanzar los objetivos empresariales propuestos.
• Estos planes, por lo general de cinco años de duración, fluyen naturalmente desde los objetivos, políticas y estrategias establecidas en el plan estratégico.
• En la realidad los planes a plazo medio pueden tener subjetivos, subpolíticas y subestratégicas propias, y éstas son probablemente más detalladas que en el plan estratégico o plan a largo plazo.
• Es frecuente detallar planes en áreas funcionales tales como mercadotecnia, manufactura, finanzas, personal, etcétera.
• La ejecución de la planeación implica el empleo de la planeación estratégica o de la plantación táctica. En cualquier empresa la estrategia se emplea en el manejo de los desarrollos internos de la empresa y con las fuerzas externas que aceptan el cumplimiento exitoso de objetivos estipulados. En contraste, la planeación táctica se refiere al empleo más efectivo de los recursos que se han aplicado para el logro de objetivos dados y específicos. La diferencia entre ambas consiste en el elemento tiempo implicado en los diversos procesos; mientras más largo es el elemento tiempo, más estratégica es la plantación.
• Por tanto, una planeación será estratégica si se refiere a toda la empresa; será táctica, si se refiere a gran parte de la planeación de un producto o de su publicidad. En conclusión, la 'planeación táctica" es el proceso mediante el cual los planes en detalle son llevados a cabo, tomando en cuenta el desarrollo de los recursos para realizar la planeación estratégica.
• En este sentido, la planeación táctica parte de los lineamientos sugeridos por la planeación estratégica y se refiere a las cuestiones concernientes a cada una de las principales áreas de actividad de la empresa.
Algunas de las características principales de la planeación táctica son:
• Se da dentro de las orientaciones producidas por la planeación estratégica.
• Es conducida o ejecutada por los ejecutivos de nivel medio (gerentes divisionales o funcionales).
• Se refiere a un área específica de actividad de las que consta la empresa.
• Se maneja información externa e interna.
• Está orientada hacia la coordinación de recursos.
• Sus parámetros principales son efectividad y eficiencia.
Frecuentemente se hace la distinción entre la planeación táctica y la estratégica, pero rara vez se aclara. Las decisiones que para una persona pueden ser estratégicas, para otra quizá sean tácticas. Esto sugiere que la distinción es más relativa que absoluta. Efectivamente, gran parte de la confusión y aparente ambigüedad obedece al hecho de que la diferencia entre la planeación táctica y la estratégica es tridimensional.
Cuanto más largo e irreversible sea el efecto de un plan, más estratégico será. Por ende, la planeación estratégica trata sobre las decisiones de efectos duraderos y difícilmente reversibles; por ejemplo, la planeación de la producción de la semana siguiente será más táctica y menos estratégica que a planeación de una nueva planta o de un nuevo sistema de distribución. Planeación estratégica es una planeación a largo plazo. La planeación táctica abarca períodos más breves. Pero "largo" y "breve" son términos relativos y, por ende, también los son "estratégico y "táctico". En general, la planeación estratégica se interesa sobre el período más largo que merezca considerarse; la planeación táctica, sobre el período más breve. Se necesitan ambos tipos de planeación, pues se complementan. Son como las dos caras de una moneda; se puede verlas separadamente, inclusive discutirlas aparte, pero no se les puede separar en la realidad.
Igualmente, cuantas más funciones de las actividades de una organización sean afectadas por un plan, más estratégico será. 0 sea, la planeación estratégica tiene una perspectiva amplia. La de la planeación táctica es más estrecha. "Amplia" y "estrecha" son también conceptos relativos que así aumentan la relatividad de los "estratégico" y lo "táctico". Un plan estratégico para un departamento puede ser táctico desde el punto de vista divisional. Si las demás circunstancias permanecen inalterables, la planeación al nivel de la organización es generalmente más estratégica que la planeación a cualquier otro nivel organizativo inferior.
Una planeación táctica trata de la selección de los medios por los cuales han de perseguirse objetivos específicos. Estos objetivos, en general, los fija normal- mente un nivel directivo en la empresa. La planeación estratégica se refiere tanto a la formulación de los objetivos como a la selección de los medios para alcanzarlos. Así pues, la planeación estratégica se orienta tanto a los fines como a los medios. Sin embargo, "medios" y "fines” son también conceptos relativos; por ejemplo, "dar publicidad a un producto" es un medio cuyo fin es "venderlo". Sin embargo, "venderlo” es un medio para alcanzar otro fui: "Obtener ganancias" y las ganancias a su vez son un medio para muchos otros fines.
Debería ser obvio que se necesitan tanto la planeación estratégica como la táctica para obtener el máximo beneficio.
Nivel operativo
Los detalles del plan a plazo medio no son suficientes para lograr las operaciones corrientes inmediatas, es necesario detallar aún más este plan; esto es posible a través de los planes a corto plazo.
Los planes a corto plazo son usualmente planes a desarrollarse en un año o menos y contienen detalles y calendarios del tipo de presupuesto o plan de financiamiento para su realización. Así, el plan de producción y el plan de distribución incluirán cuotas de venta, presupuesto de distribución y pronóstico estimado de ventas.
Se basa en la lógica del sistema cerrado, por la Planeación se orienta hacia la optimización y maximización de los resultados. El grado de libertad es mínimo por que se deben obtener resultados, es por ello que la administración debe tomar decisiones a corto plazo. Su amplitud es sólo hacia una tarea u operación. Por esta última razón el nivel operacional se orienta hacia la eficiencia. La Planeación operacional, esta constituida por numerosos planes operacionales que proliferan en las diversas áreas y funciones de la empresa.
Comunicación.
“Los estudios de usuarios como el conjunto de estudios que tratan de analizar cualitativa y cuantitativamente los hábitos de información de los usuarios, mediante la aplicación de distintos métodos, entre ellos los matemáticos, a su consumo de información” .
La comunicación eficiente se da cuando el receptor recibe el mensaje, lo entiende, lo acepta, lo utiliza y retroalimenta. En primer lugar, se deben ver qué obstáculos hay para que se dé esa comunicación, y después ver algunas actitudes y técnicas que favorecen su mejora. En el proceso de la comunicación hay frecuentemente una degradación de la información, que va haciendo disminuir su flujo: de lo que se quiere decir a lo que se sabe decir, a lo que se dice, de ahí a lo que se oye, lo que se escucha, lo que se comprende, lo que se acepta, lo que se retiene, y lo que se pone en práctica.
Para evitarlo hay que prever los problemas que nos podemos encontrar en distintas fases del proceso de comunicación:
Concebida una idea, a la hora de codificarla, nos puede faltar capacidad de síntesis o no disponer del nivel de vocabulario preciso.
Al ir a expresarla, pueden ser problema la timidez e inhibiciones, los defectos de expresión, los medios inadecuados.
De la transmisión a la recepción, pueden ser problemas las deficiencias sensoriales, la mala ambientación, la falta de atención.
En la decodificación, defectos de escucha comprensiva, esquemas mentales del usuario.
En la aceptación final, la falta de capacidad de análisis y la percepción subjetiva del lector.
Las barreras de la comunicación pueden principalmente personales que se produce con la desconfianza hacia los usuarios, el desconocimiento de sus necesidades, indiferencia, prepotencia, intolerancia, falta de atención e interés por el usuario. Es fundamental evitar lo que se denominan filtros que no son más que los estereotipos de los usuarios, juzgando globalmente por algún rasgo rechazable o proyectando los sentimientos propios como si fueran los suyos.
Los filtros que dificultan el proceso de comunicación y la escucha comprensiva son:
Estereotipos: esquemas en los que encorsetamos a los otros, creando prejuicios, dificultando la aceptación positiva de sus mensajes.
Efecto halo: valorar al otro totalmente a partir de un único rasgo individual favorable o desfavorable.
Proyección: atribuir a los otros nuestros propios sentimientos y características.
Percepción selectiva: captar lo que esperamos ver, lo que está de acuerdo con nuestro esquema mental y rechazar lo demás.
Físicas (las ventanillas, los mostradores inadecuados, la falta de condiciones, el ruido).
Semánticas (el lenguaje inadecuado a los conocimientos de los usuarios).
Toda comunicación humana requiere, además de unas técnicas adecuadas, una serie de actitudes hacia el proceso y hacia el interlocutor, que favorezcan la comprensión y aceptación de los mensajes .
Indicadores de Gestión
En otras palabras es un instrumento de medición de las variables asociadas a las metas. Al igual que estas últimas, pueden ser cualitativos o cuantitativos. En este último caso pueden ser expresados en términos de “Logrado”, “No Logrado” o sobre la ase de alguna escala cualitativa. Los indicadores de gestión por su parte, se entienden como la expresión cuantitativa del comportamiento o el desempeño de toda una organización o una de sus partes, cuya magnitud al ser comparada con algún nivel de referencia, puede estar señalando una desviación sobre la cual se tomarán acciones correctivas o preventivas según el caso . Son un subconjunto de los indicadores, porque sus mediciones están relacionadas con el modo en que los servicio o productos son generados por la institución. El valor del indicador es el resultado de la medición del indicador y constituye un valor de comparación, referido a su meta asociada.
En el desarrollo de los Indicadores se deben identificar necesidades propias del área involucrada, clasificando según la naturaleza de los datos y la necesidad del indicador. Esto es fundamental para el mejoramiento de la calidad, debido a que son medios económicos y rápidos de identificación de problemas.
El principal objetivo de los indicadores, es poder evaluar el desempeño del área mediante parámetros establecidos en relación con las metas, así mismo observar la tendencia en un lapso de tiempo durante un proceso de evaluación. Con los resultados obtenidos se pueden plantear soluciones o herramientas que contribuyan al mejoramiento o correctivos que conlleven a la consecución de la meta fijada.
Criterios
Cada medidor o indicador debe satisfacer los siguientes criterios:
• Medible: El medidor o indicador debe ser medible. Esto significa que la característica descrita debe ser cuantificable en términos ya sea del grado o frecuencia de la cantidad.
• Entendible: El medidor o indicador debe ser reconocido fácilmente por todos aquellos que lo usan.
• Controlable: El indicador debe ser controlable dentro de la estructura de la organización.
Tipos de indicadores
En el contexto de orientación hacia los procesos, un medidor o indicador puede ser de proceso o de resultados. En el primer caso, se pretende medir que esta sucediendo con las actividades, en el segundo se quiere medir las salidas del proceso.
También se pueden clasificar los indicadores en indicadores de eficacia o de eficiencia. El indicador de eficacia mide el logro de los resultados propuestos. Nos indica si se hicieron las cosas que se debían hacer, los aspectos correctos del proceso. Los indicadores de eficacia se enfocan en el Qué se debe hacer, por tal motivo, en el establecimiento de un indicador de eficacia es fundamental conocer y definir operacionalmente los requerimientos del cliente del proceso para comparar lo que entrega el proceso contra lo que él espera. De lo contrario, se puede estar logrando una gran eficiencia en aspectos no relevantes para el cliente.
Los indicadores de eficiencia miden el nivel de ejecución del proceso, se concentran en el Cómo se hicieron las cosas y miden el rendimiento de los recursos utilizados por un proceso. Tienen que ver con la productividad.
Las técnicas para elaborar medidores e indicadores son simples. El proceso sugerido para hacerlo es el siguiente:
• Paso 1. Definir los atributos importantes. Mediante el uso de un diagrama de afinidad (lluvia de ideas mejorada) obtenga el mayor número de ideas acerca de medidores o indicadores que puedan utilizarse para medir las actividades o los resultados del mismo, según sea el caso. Asimismo, los atributos más importantes que debe tener el medidor o indicados. Luego, por consenso seleccione los más apropiados.
• Paso 2. Evaluar si los medidores/ indicadores tienen las características deseadas, es decir medibles, entendibles y controlables.
• Paso 3. Compare contra el conjunto de medidores o indicadores actuales para evitar redundancia o duplicidad. Esto es la comparación de los resultados.
martes, 1 de septiembre de 2009
Planes estrategico, táctico, operativo, planes agregados
Planificación de la Producción
Realizada por el Ing. Nestor Guerra
Introducción:
Para el sistema de dirección de la empresa las funciones de planificación y control representan su verdadero contenido científico y práctico. Son el medio de planteamiento de objetivos y la medida de la eficacia de dicho sistema. La planificación proporciona un marco de referencia a la toma de decisiones y resulta el proceso de conexión entre estrategias empresariales y las estrategias de operaciones(misión, competencia, distintiva, objetivos y políticas) de la empresa, y por lo tanto, representa el estudio y la fijación de objetivos de la empresa tanto a largo como a corto plazo, y referentes al sistema total como a cada uno de los subsistemas empresariales. En este proceso resulta una vía para aprovechar fortalezas y eliminar las debilidades de nuestro sistema, a la vez de conocer y utilizar las oportunidades amenaza del entorno.
La planificación es conveniente en sí misma. Incluso si se fracasa en la consecución de los objetivos del plan, en el proceso se consigue un mejor conocimiento de la empresa, de sus posibilidades, de su entorno, de sus medios. Planificar obliga a una disciplina de estudios e investigación que genera un conocimiento que, como todo saber, es conveniente es si mismo y contribuye a los resultados de la empresa.
• La planificación de la producción consiste en definir el volumen y el momento de fabricación de los productos, establecimientos un equilibrio entre la producción y la capacidad a los distintos niveles, en busca de la competitividad deseada. Para ello, se requiere un proceso concatenado de planes que vinculen los distintos niveles jerárquicos de la organización.
• La planificación es la función que procura definir, a su vez, la estructura de la organización mas adecuada, según las estrategias formuladas, los objetivos planteados y el nivel de cambio del entorno socio - económico. Además debe cumplir con los siguientes principios básicos:
1. Contribución a los objetivos
2. Eficacia de la planificación
3. Generalización de la planificación a todos los niveles y en todas las funciones de la empresa
4. Eficiencia de los planes en términos de consecución del máximo rendimiento de los recursos asignados.
5. Reconocimiento de oportunidades existentes
6. Selección de los objetivos del plan
7. Evaluación de alternativas
8. Selección de alternativas
9. Seguimiento y control del plan
El proceso de planificar, puede tener diferentes significados, en función de los objetivos buscados. De la misma forma que puede establecerse una jerarquizacion de estos últimos, podemos establecer la jerarquía de los planes. Este proceso de jerarquizacion es abordado de diferentes formas por los diversos autores, pero a la vez con una amplia coincidencia en las etapas generales del proceso y en la necesidad de que cada una se debe tener presente en el calculo de las capacidades instaladas. Estas etapas son:
PROGRAMACION DE LA PRODUCCION
Asignación
Secuenciacion
Temporizacion
La Planificación Estratégica: Es elaborada por los niveles ejecutivos más altos de la empresa sobre la base de los pronósticos del entorno, expresándose en forma global y con un horizonte de 6 a 18 meses.
La Planificación Agregada: Se expresa para líneas o familias de productos, abarca de 6 a 18 meses y se expresa en intervalos de semanas o meses, requiriéndose de la determinación de capacidad agregada. La cual fija la porción de la producción que será consumida traduce los planes de producción en términos de insumos.
Planificación Desagregada o Sistema Maestro de Producción (MSP): Posee como propósito satisfacer las demandas de cada uno de los productos dentro de sus líneas. Este nivel de planeación mas detallado desagrega las líneas de productos en cada uno de los productos e indica cuando deben ser producidos y vendidos. Requiere de la planeación aproximada de la capacidad. Con vista a determinar su factibilidad, realizándose con mas detalle en los cuellos de botella.
Planeación de los Requerimientos de Materiales (MRP): Es el plan que mueve al sistema de planeación de materiales e inventarios, mientras que la planificación detallada de la capacidad, es un proceso paralelo que se realiza para determinar la capacidad requerida. Establece la carga o cantidad de insumos requeridos por cada operación, la secuenciacion o forma de entrada de los materiales al proceso y la temporizacion o cuando deben estar los materiales en cada fase u operación del proceso.
Programación de la Producción: Establece, siguiendo los lineamientos anteriores, la coordinación, seguimiento y control de las actividades semanales o diarias utilizando los procedimientos de asignación, secuenciacion y temporizacion de la producción adecuados al tipo de proceso productivo que se desarrolle en cada empresa.
Elaboración del Plan Maestro de Producción:
Las modalidades y procedimientos a utilizar en la elaboración del plan agregado son función del tipo y problemática de la empresa del sistema productivo considerado y de la metodología de gestión de producción utilizada. En su elaboración, según Ditword /63/, influyen los siguientes elementos:
Para la selección del plan maestro de producción son recomendadas las siguientes formas:
1. Metodos gráficos
1. Histograma
2. Gráfica de Requerimientos Acumulados
2. Método Tabular
3. Modelos Económicos Matemáticos
4 Método de Bowman
Para un desarrollo y explicación más sencilla de estos métodos utilizaremos un ejemplo:
Una empresa productora de zapatos ha realizado una previsión de sus ventas en sus diversos modelos para el año 1999, y a la vez determinando el numero de días laborables para cada uno de los meses del año con la intención de elaborar su plan agregado de producción. Los resultados se muestran en la siguiente tabla:
La empresa posee planificado un régimen de trabajo de 8 horas por día y un máximo de 3 horas extras diarias, con capacidades de 120 y 90 unidades por hora en tiempo normal y extra respectivamente. La planificación de los costos para 1999 refleja los siguiente:
• Costos de producción en horas normales 6.00 $./und.
• Costos de producción en horas extras 7.00 $/Und.
• Costos por exceso de stock de un para de zapatos - mes 2.00 $/Und.-mes
• Costos de ruptura de stock 4.00 $/Und.
Determinar el plan maestro de producción bajo las siguientes condiciones:
a. Comenzar el año con cero stock y finalizarlo de la misma manera.
b. Comenzar el año con una existencia en almacén de 100 unidades y terminarlo con existencia de 200 unidades.
Realizada por el Ing. Nestor Guerra
Introducción:
Para el sistema de dirección de la empresa las funciones de planificación y control representan su verdadero contenido científico y práctico. Son el medio de planteamiento de objetivos y la medida de la eficacia de dicho sistema. La planificación proporciona un marco de referencia a la toma de decisiones y resulta el proceso de conexión entre estrategias empresariales y las estrategias de operaciones(misión, competencia, distintiva, objetivos y políticas) de la empresa, y por lo tanto, representa el estudio y la fijación de objetivos de la empresa tanto a largo como a corto plazo, y referentes al sistema total como a cada uno de los subsistemas empresariales. En este proceso resulta una vía para aprovechar fortalezas y eliminar las debilidades de nuestro sistema, a la vez de conocer y utilizar las oportunidades amenaza del entorno.
La planificación es conveniente en sí misma. Incluso si se fracasa en la consecución de los objetivos del plan, en el proceso se consigue un mejor conocimiento de la empresa, de sus posibilidades, de su entorno, de sus medios. Planificar obliga a una disciplina de estudios e investigación que genera un conocimiento que, como todo saber, es conveniente es si mismo y contribuye a los resultados de la empresa.
• La planificación de la producción consiste en definir el volumen y el momento de fabricación de los productos, establecimientos un equilibrio entre la producción y la capacidad a los distintos niveles, en busca de la competitividad deseada. Para ello, se requiere un proceso concatenado de planes que vinculen los distintos niveles jerárquicos de la organización.
• La planificación es la función que procura definir, a su vez, la estructura de la organización mas adecuada, según las estrategias formuladas, los objetivos planteados y el nivel de cambio del entorno socio - económico. Además debe cumplir con los siguientes principios básicos:
1. Contribución a los objetivos
2. Eficacia de la planificación
3. Generalización de la planificación a todos los niveles y en todas las funciones de la empresa
4. Eficiencia de los planes en términos de consecución del máximo rendimiento de los recursos asignados.
5. Reconocimiento de oportunidades existentes
6. Selección de los objetivos del plan
7. Evaluación de alternativas
8. Selección de alternativas
9. Seguimiento y control del plan
El proceso de planificar, puede tener diferentes significados, en función de los objetivos buscados. De la misma forma que puede establecerse una jerarquizacion de estos últimos, podemos establecer la jerarquía de los planes. Este proceso de jerarquizacion es abordado de diferentes formas por los diversos autores, pero a la vez con una amplia coincidencia en las etapas generales del proceso y en la necesidad de que cada una se debe tener presente en el calculo de las capacidades instaladas. Estas etapas son:
PROGRAMACION DE LA PRODUCCION
Asignación
Secuenciacion
Temporizacion
La Planificación Estratégica: Es elaborada por los niveles ejecutivos más altos de la empresa sobre la base de los pronósticos del entorno, expresándose en forma global y con un horizonte de 6 a 18 meses.
La Planificación Agregada: Se expresa para líneas o familias de productos, abarca de 6 a 18 meses y se expresa en intervalos de semanas o meses, requiriéndose de la determinación de capacidad agregada. La cual fija la porción de la producción que será consumida traduce los planes de producción en términos de insumos.
Planificación Desagregada o Sistema Maestro de Producción (MSP): Posee como propósito satisfacer las demandas de cada uno de los productos dentro de sus líneas. Este nivel de planeación mas detallado desagrega las líneas de productos en cada uno de los productos e indica cuando deben ser producidos y vendidos. Requiere de la planeación aproximada de la capacidad. Con vista a determinar su factibilidad, realizándose con mas detalle en los cuellos de botella.
Planeación de los Requerimientos de Materiales (MRP): Es el plan que mueve al sistema de planeación de materiales e inventarios, mientras que la planificación detallada de la capacidad, es un proceso paralelo que se realiza para determinar la capacidad requerida. Establece la carga o cantidad de insumos requeridos por cada operación, la secuenciacion o forma de entrada de los materiales al proceso y la temporizacion o cuando deben estar los materiales en cada fase u operación del proceso.
Programación de la Producción: Establece, siguiendo los lineamientos anteriores, la coordinación, seguimiento y control de las actividades semanales o diarias utilizando los procedimientos de asignación, secuenciacion y temporizacion de la producción adecuados al tipo de proceso productivo que se desarrolle en cada empresa.
Elaboración del Plan Maestro de Producción:
Las modalidades y procedimientos a utilizar en la elaboración del plan agregado son función del tipo y problemática de la empresa del sistema productivo considerado y de la metodología de gestión de producción utilizada. En su elaboración, según Ditword /63/, influyen los siguientes elementos:
Para la selección del plan maestro de producción son recomendadas las siguientes formas:
1. Metodos gráficos
1. Histograma
2. Gráfica de Requerimientos Acumulados
2. Método Tabular
3. Modelos Económicos Matemáticos
4 Método de Bowman
Para un desarrollo y explicación más sencilla de estos métodos utilizaremos un ejemplo:
Una empresa productora de zapatos ha realizado una previsión de sus ventas en sus diversos modelos para el año 1999, y a la vez determinando el numero de días laborables para cada uno de los meses del año con la intención de elaborar su plan agregado de producción. Los resultados se muestran en la siguiente tabla:
La empresa posee planificado un régimen de trabajo de 8 horas por día y un máximo de 3 horas extras diarias, con capacidades de 120 y 90 unidades por hora en tiempo normal y extra respectivamente. La planificación de los costos para 1999 refleja los siguiente:
• Costos de producción en horas normales 6.00 $./und.
• Costos de producción en horas extras 7.00 $/Und.
• Costos por exceso de stock de un para de zapatos - mes 2.00 $/Und.-mes
• Costos de ruptura de stock 4.00 $/Und.
Determinar el plan maestro de producción bajo las siguientes condiciones:
a. Comenzar el año con cero stock y finalizarlo de la misma manera.
b. Comenzar el año con una existencia en almacén de 100 unidades y terminarlo con existencia de 200 unidades.
martes, 18 de agosto de 2009
Proceso de cervecería
El proceso de Elaboración de Cerveza consta de tres etapas claramente definidas, que son Cocimiento, Fermentación y Reposo las cuales dependen exclusivamente del tipo de cerveza que se piensa elaborar, debido a que según la clase de cerveza varia la cantidad y tipo de Materia Prima. Esta es una de las causas principales por las cuales existen tantas variedades de cerveza. Siendo las otras el
• Tipo y naturaleza de Agua cervecera
• Tipo y naturaleza de levadura cervecera
• Tiempos y Temperaturas en Cocimiento
• Tiempos y Temperaturas en Fermentación
Procesos de Elaboración
Tienen por objeto extraer todos los principios útiles de la malta (extracto fermentesible), lúpulo (Amargos y aceites esenciales) y sucedáneos o materias auxiliares para preparar el mosto cervecero.
Comparte 5 fases que son :
1. Molienda:
La molienda consiste en destruir el grano, respetando la cáscara o envoltura y provocando la pulverización de la harina. la malta es comprimida entre dos cilindros pero evitando destruir la cáscara lo menos posible pues ésta servirá de lecho filtrante en la operación de filtración del mosto; a su vez el interior del grano en una harina lo más fina posible. Estas dos condiciones, cáscara entera y harina fina no podrán respetarse si el grano no está seco (excepción molienda húmeda) y muy bien desagregado una tercera exigencia es un buen calibrado de la malta. La molienda debe ser también regulada según el cocimiento; si se utiliza un alto porcentaje de granos crudos o adjuntos es necesario moler groseramente. Sí para la filtración del mosto se utiliza un filtro prensa en lugar de una cuba-filtro o de falso fondo se puede moler mas fino pues en el filtro prensa el espesor de la capa filtrante de orujo o afrecho es mucho mas delgada.
2. Proceso de Malteado
Fase del proceso donde se extraen de la malta y eventualmente de los granos crudos la mayor cantidad de extracto y de la mejor calidad posible en función al tipo de cerveza que se busca fabricar. La extracción se logra principalmente por hidrólisis enzimatica, solamente un 10% de la extracción es debida a una simple disolución química. Las amilasas desdoblan el almidón en dextrinas y maltosa principalmente las enzimas proteolíticas desdoblan las proteínas complejas en materias nitrogenadas solubles, la fitasa desdobla la fitina en inositol y fosfato,etc. Estas transformaciones enzimaticas han sido ya empezadas durante el malteado a un ritmo mucho menos intenso del que sucederá en el cocimiento; donde debido a la acción de las diferentes temperaturas y la gran cantidad de agua las reacciones suceden muchas veces en forma explosiva. Cuantitativamente el desdoblamiento del almidón en azucares y dextrinas es el mas importante.
La fórmula del almidón es: (C6H12O6)n.
Las principales reacciones que ocurren durante el cocimiento por acción de las amilasas son
• formación de dextrinas. (C6H12O6)n ----------------> n(C6H10O5)n/x
• Formación de maltosa : (C6H10O5)n + n/2 H2O -----> n/2(C12H22O11)
• Y en menor proporción formación de glucosa (C6H10O5)n + n H2O --------> n(C6H12O6)
El almidón contiene dos polisacáridos diferentes : amilosa y amilopéctina; la amilosa está constituida por cadenas rectilíneas de glucosa con uniones a 1-4; la amilopéctina está constituida por cadenas ramificadas de uniones de glucosa en uniones a 1-4 y a 1-6 existiendo también uniones del tipo a 1-3. Para desdoblar el almidón se necesitan varias amilasas siendo las principales las a y b amilasas.
Las características de las enzimas amilolíticas de la malta son :
La b-amilasa corta las cadenas rectas de almidón de dos en dos glucosas, cada pareja se combina con una molécula de agua formando una molécula de maltosa, esta enzima puede de esta manera desdoblar enteramente las cadenas de amilasa en maltosa, sólo es detenida sí el número de glucosas de la cadena es impar, formando una molécula de malto-triosa al final. La b-amilasa también ataca la amilopéctina pero se detiene totalmente en las zonas donde existen enlaces del tipo a 1-6.
La- amilasa : Tiene su óptimo de temperatura de 62 a 65 ºc , se destruye sí se mantiene 30 minutos a 65 ºc rápidamente, y entre 70 a 75 ºc inmediatamente. Su PH óptimo se sitúa a 5.0, a un PH superior de 5.7 su acción declina fuertemente..
La a -amilasa es también incapaz de romper los enlaces a 1-6 de la amilopéctina, su misión consiste en cortar en un lugar cualquiera los enlaces a 1-4. Teóricamente la a -amilasa podría formar moléculas de maltosa cortando las cadenas hasta que queden dos unidades de glucosa, pero para llegar a esos extremos se tendría que dejar reaccionar mucho tiempo la enzima. Se observa pues que por la acción combinada de estas 2 enzimas el almidón será desdoblado en gran parte en maltosa y dextrinas es decir las zonas donde por la existencia de enlaces a 1-6 las enzimas en mención no han podido actuar; estas zonas son compuestas por tres glucosas como mínimo es decir maltotriosas.
a - Amilasa : Tiene su óptimo de temperatura entre los 72 y 75 ºc , es destruida a 80 ºc, su PH óptimo es de 5.6 a 5.8
Las características de las enzimas Proteolíticas son:
Contrariamente a lo que pasa con el almidón las sustancias nitrogenadas están lejos de disolverse completamente durante el cocimiento; se disuelven mayormente durante el malteado. Pero es muy importante tener en cuenta la gran diferencia existente entre los compuestos nitrogenados que se disuelven durante el malteado, y los que se disuelven durante el cocimiento, los compuestos que aquí se forman son sobre todo los péptidos.
Las proteínasas están en su máxima actividad a la temperatura de 45 - 50 ºc; a 60 ºc están aún en actividad, pero formando una proporción alta de compuestos nitrogenados complejos; A 70 ºc las proteínasas son rápidamente destruidas; su PH óptimo de acción es de 4.6 a 5.0 El 5 a 6 % de los sólidos del mosto son compuestos nitrogenados, y un 40 a 45 % de las proteínas de la malta son solubles. En cambio los adjuntos tiene 8 a 10 % de proteínas, pero la casi totalidad de estas no entran en solución durante el macerado. El lúpulo contiene 14 a 15 % de proteínas. De las proteínas que se solubilizan en la maceración buena parte de ellas se retira por coagulación, en parte en la misma maceración y en parte durante la ebullición del mosto. La actividad de las enzimas proteolíticas durante la maceración es baja por que las condiciones de PH no son óptimas. En el mosto quedan compuestos nitrogenados a partir de proteosas y peptonas en forma coloidal, las proteínas que no son degradadas hasta proteosas y peptonas se coagulan por desnaturalización debida al calor y sucede durante la ebullición del mosto. Las proteosas y peptonas no son coaguladas, sino que permanecen en forma coloidal, pueden combinarse parcialmente con taninos provenientes de malta y lúpulo y buena parte de aquellos precipitan cuando el mosto es enfriado durante la fermentación.
Obtención del mosto
Temperaturas y Tiempos tradicionales:
Cada cervecería utiliza el sistema de maceración que más le conviene según las materias primas y los equipos de que se dispone, y según la cerveza que se desea elaborar. Para lograr esto se busca favorecer determinadas reacciones enzimáticas dejando las masas a determinadas temperaturas durante algún tiempo. Este tiempo que dura la masa a determinada temperatura se le llama descanso. Los descansos más comunes en los diferentes sistemas de maceración son:
• Descanso de Hidratación ( 35 ºc ) Es un descanso que varia entre 20 a 60 minutos, y se realiza cuando se descarga las harinas de malta en el agua cervecera con el agitador de la paila funcionando.
• Descanso de Proteolisis ( 45 ºc ) Esta temperatura es óptima para la actividad de la péptidasa, es decir para la formación de aminoácidos y péptidos simples, también hay actividad de la fitasa (48 ºc ) que activa la transformación de los compuestos orgánicos del fósforo. Este descanso se conoce también como de peptonización. y puede variar de 10 a 60 minutos.
• Descanso de formación de azucares (55 - 62.5 ºc ) Temperatura óptima para la formación de maltosa o sea para la actividad de la b -amilasa variando entre 5 a 20 minutos, aquí aún hay algo de actividad proteolítica y algo de actividad de la a -amilasa.
• Descanso formación de dextrinas (67 - 72.5 ºc ) A esta temperatura se tiene la máxima actividad de la a - amilasa produciéndose una gran cantidad de dextrinas, con un tiempo que varía entre los 5 y 30 minutos.
• Descanso de conversión (70 - 74 ºc ) Este descanso la mayoría de veces es idéntico al anterior, pero sirve para completar todas las actividades enzimáticas, en este descanso quedan sacáridos de acrodextrinas hacia abajo. Con una duración máxima de 30 minutos.
• escanso estabilización de masa (74 - 77.5 ºc ) Se realiza para inactivación total de las enzimas, hay una ligera actividad de la a - amilasa, pero se va destruyendo. Con este descanso se termina la maceración, posteriormente se pasará la masa a la paila de filtración o filtro prensa para separar los afrechos. Este descanso con un promedio de duración entre 5 a 10 minutos es importante para regular la viscosidad del mosto durante la filtración.
Sistemas de Maceración:
Depende de las materias primas, del tipo de cerveza que se desea elaborar y de los equipos que se dispone. Actualmente se practican tres sistemas siendo estos sistemas los que dan origen a la variedad de cervezas en el mundo y son los siguientes:
Infusión Donde el aumento de la temperatura se hace progresivamente en todo el conjunto.a con el agitador de la olla funcionando.
Decocción La elevación de la temperatura se hace únicamente haciendo hervir una de las partes del cocimiento y mezclando. Para permitir la actividad prooteolítica y algo de actividad de la a -amilasa.
Doble masa o Mixto Típico para la utilización de adjuntos, siendo el mas empleado en nuestro medio, y se puede decir que es una mezcla de los dos anteriores.
3. Filtración de Mosto
Habiendo ya disuelto las materias solubles por el cocimiento es necesario separar el mosto de la parte insoluble llamada orujo o afrecho. La operación se realiza en dos fases primero el flujo del mosto y luego la operación de lavado del extracto que contiene el orujo. El mosto y el agua de lavado deben ser claros pues si se aporta durante la operación demasiadas sustancias mal disueltas, la clarificación de la cerveza será demasiado difícil. La calidad de la cerveza pude ser también alterada por un lavado de orujo con agua alcalina pues los polifenoles y sustancias amargas de la cáscara de la malta se disuelven muy fácilmente en agua alcalina aún más si se tiene en cuenta que el lavado se hace en agua a una temperatura máxima de 75 ºc; a propósito de la temperatura es muy importante no excederse de 75 ºc pues se corre el riesgo de disolver almidón presente aún en el orujo, lo que acarearía problemas de turbiedad y fermentación posteriores. Existen dos tipos de aparatos donde se realizan la filtración y posteriormente el lavado: Olla filtración Ahora reemplazado por el Whirlpool y el Filtro prensa.
Olla Filtro La variación de concentración del orujo no implica directamente en el volumen de la cuba, pudiendo ser el espesor de 25 a 50 cm. Como desventaja la proporción de adjunto es de 25 %. Otra ventaja es la menor mano de obra, pero el tiempo de filtración es mayor.
Filtro Prensa Se puede filtrar un mosto más denso, con una filtración más rápida y una proporción de adjuntos mayor del 75 %. Como desventajas el mosto es menos brillante, hay mayor cantidad de ácidos grasos insaturados, y el trabajo es más exigente.
4. Ebullición de Mosto
La finalidad de la ebullición es Estabilizar enzimática y microbiológicamente el mosto, buscar la coagulación de las proteínas. La destrucción de las enzimas es realizada para evitar que sigan desdoblando a lo largo de la fermentación, las amilasas podrían seguir desdoblando las dextrinas y éstas se transformarían enteramente en alcohol. La esterilización del mosto es obtenida por simple ebullición, pues su reacción es ligeramente ácida. La coagulación de las materias proteínicas debe hacerse lo mejor posible, pues si subsisten en el mosto ocasionarían problemas en la fermentación y provocando fácilmente turbiedad en la cerveza embotellada. La esterilización y la destrucción de las enzimas es fácil de realizar, un cuarto de hora de ebullición es generalmente suficiente. La coagulación de proteínas es mucho más difícil, se realiza por etapas, la primera es la desnaturalización que consiste en la ruptura de puentes de hidrógeno en la molécula de proteína, pasando del estado hidratado al deshidratado, manteniéndose en suspensión únicamente por su carga eléctrica; luego de la desnaturalización se produce la coagulación propiamente dicha por agrupación de micelios deshidratados; es aquí donde el PH juega un papel importantísimo pues la coagulación será eficiente si se realiza en el punto isoeléctrico; como existen muchas proteínas en el mosto se ha optado por el PH 5.3 como él mas conveniente. La violencia de la ebullición influye también en la coagulación más no en la desnaturalización. Durante la ebullición. La coloración también aumenta sobre todo por la formación de melanoidinas, también por oxidación de taninos, estas dos reacciones son favorecidas por el PH elevado. Por último a lo largo de la ebullición se forman productos reductores que contribuyen a la calidad y estabilidad de cerveza.
El Lupulado del mosto se realiza tradicionalmente durante esta operación, es decir en la paila de ebullición. El amargor es obtenido por isomerización de los ácidos y del lúpulo; esta isomerización es incompleta debido principalmente al PH del mosto, el PH óptimo de isomerización es 9. Como se ha visto existen muchas lupulonas y humulonas en el lúpulo; cada uno de estos compuestos donará su isómero respectivo; el conjunto es conocido como isohumulonas pues son esencialmente quienes donan el amargor deseado.
5. Enfriamiento de Mosto
El mosto obtenido por sacarificación de la malta o de los adjuntos y por proteólisis de las proteínas de la malta, ebullido durante hora y media con el lúpulo para otorgarle el amargo, a lo largo de esta ebullición la esterilización completa es obtenida gracias en particular a un PH vecino a 5.3. Los precipitados proteícos son eliminados por sedimentación, filtración o centrifugación; el mosto es enseguida enfriado a la temperatura de inoculación de la levadura, esta temperatura depende del tipo de levadura empleada y del tipo de cerveza a fabricar entre 6 a 20 ºc . Durante el enfriamiento un nuevo precipitado de polifenoles-proteínas se forma, por un lado por enlaces de hidrógeno y también por la falta de solubilidad de las prolaminas. La presencia de este nuevo precipitado juega un rol esencial sobre la formación de H2S por la levadura.
El mosto enfriado, en principio estéril, debe ser airada antes del inicio de la fermentación, de no ser airada la tasa de mortalidad levuriana aumentaría a tal punto que la levadura no podría ser reutilizada; la oxigenación del mosto antes del inicio de la fermentación permite a la levadura sintetizar ácidos grasos insaturados (oleícos, linoleícos, y linolénicos), en ausencia de estos ácidos grasos la pared celular esta sujeta a alteraciones lo cual lo hace más permeable a los ésteres correspondientes a los alcoholes superiores que ella misma forma.
La composición del mosto es muy variable en función al tipo de cerveza fabricada, su densidad puede variar entre 2 a 20 ºP (grados Plato) es decir que puede contener de 2 a 20 gr de soluto por 100 grs de líquido; a su vez puede ser rico o no en aminoácidos y péptidos en función de la importancia de la proteólisis y de la proporción de adjuntos utilizados. La relación maltosa/dextrinas es igualmente variable de acuerdo al método de cocimiento escogido. De manera general se puede decir que el mosto es un medio incompleto, normalmente carente de aminoácidos y ácidos grasos insaturados pues es imposible obtener un crecimiento rápido y completo de levadura; cosa que no sucede si se tratara de un medio sintético a base de extractos de levadura.
FERMENTACION:
La fermentación juega un rol esencial en la calidad de la cerveza, en particular gracias a los productos secundarios como los alcoholes superiores y ésteres; es también la etapa de la fabricación más difícil de controlar. La levadura que es reutilizada de una fermentación a otra no tiene un metabolismo estable; ella degenera. Esta degradación es debida a una infección por presencia de otros microorganismos, ni habitualmente tampoco debido a una mutación; debido a modificaciones progresivas de la membrana celular y de la actividad enzimática de la levadura. Las fermentaciones son modificaciones del metabolismo celular, es decir el conjunto de modificaciones bioquímicas y físicas. Este metabolismo comprende el catabolismo y anabolismo. Se ha preparado un líquido complejo y se ha purificado cuidadosamente hasta el momento de agregar la levadura cervecera para producir su fermentación. Al final de esta cuando los azucares han sido transformados hasta alcohol y gas carbónico se tendrá la cerveza. Después de la fermentación la cerveza es separada de la levadura, la cual puede ser utilizada para fermentar mas mosto, posteriormente. La cerveza se deja un determinado tiempo en reposo durante el cual se fijan ciertas cualidades y se clarifica naturalmente; después es filtrada. El principal producto obtenido durante la fermentación es el alcohol etílico pero se conoce dos tipos de fermentaciones en cervecería la fermentación de superficie y la fermentación de fondo
Fermentación de superficie.- Se usa levadura que va a la superficie del líquido después de filtrar la fermentación. Con este sistema se hacen cervezas tipo Ale, Porter, Lambic.
Fermentación de fondo.- Se emplea un tipo de levadura que se sedimenta al fondo de la tina después de haber efectuado la fermentación del mosto con ella se hacen cervezas tipo Lager. En las cervecerías nacionales se emplea este tipo de fermentación.
Descripción del proceso:
Se agrega al mosto frío, levadura en una cantidad calculada, para que quede en el mosto de 8 a 10 millones de células por cc. Para la fermentación de mosto concentrado, se usa un millón de células por cc por cada grado plato del mosto. La cantidad de levadura previamente determinada se diluye en el mosto y luego se inyecta a la línea de mosto frío durante el enfriamiento. La cantidad total de levadura que se inyecta se calcula teniendo el cuenta el volumen de mosto que va contener la tina de fermentación. La temperatura inicial de fermentación puede variar entre 6 a 10 ºC . Una vez que se inicia la fermentación se aprecian como cambios notorios, el descenso del extracto, la producción de gas carbónico y el desprendimiento de calor; durante la fermentación se controla el descenso de la densidad regulando la temperatura con atemperadores (serpentines o chaquetas), por los cuales circula agua fría o salmuera o agua glicolada a temperaturas que oscilan entre 1 a 2ºC para el caso del agua y de -5 a -10ºC. para el caso de la salmuera o el agua glicolada. Para recolectar el gas carbónico que se desprende de la fermentación, comúnmente el tanque está conectado por la parte superior con dos tuberías; una que va a la intemperie y la otra que va a la planta de purificación de gas carbónico. En la planta de gas carbónico, éste es purificado y licuado con el fin de inyectarlo posteriormente a la cerveza. Cuando se alcanza el extracto límite o sea hasta donde se le va a dejar fermentar se abre el frío para conseguir enfriar la cerveza y para que la levadura se alimente. Se consigue enfriar la cerveza hasta 5ºC. y se suspende el envió de gas carbónico a la planta, luego se bombea la cerveza a los tanques de maduración y se recupera la levadura. A la cantidad de levadura obtenida en cada fermentación se le denomina cosecha de levadura , lo normal es obtener 4 veces la cantidad de levadura agregada.
MADURACION:
Con el nombre de maduración se distingue la etapa siguiente a la fermentación y comprende todo el tiempo que dure la cerveza en los tanques a baja temperatura antes de ser filtrada. Comúnmente se divide en dos etapas que son reposo y acabado, entre el reposo y el acabado puede haber una prefiltración, preenfriamiento y precarbonatación. La maduración se puede hacer :
Dos etapas Reposo y acabado y durante el reposo hacer una segunda fermentación, en el paso de reposo a acabado la temperatura es de 2 a 3ºC. y en acabado se puede enfriar a -1ºC.
Fermentar hasta el extracto límite Este sistema es americano y en el paso de fermentación a reposo se efectúa el enfriamiento y entre reposo y acabado, precarbonatación, prefiltración y preenfriamiento y durante la filtración final se hace también enfriamiento.
Los objetivos de la maduración
son acumular o almacenar cerveza, dejar sedimentar en forma natural la materia amorfa y la levadura que aún tiene la cerveza, refinación del sabor por eliminación de las sustancias volátiles que causan el sabor verde, separación por precipitación de los compuestos que se forman al ser enfriada la cerveza, es muy importante considerar que la cerveza se enturbia al ser enfriada después de haber sido filtrada, otro de los objetivos es completar la atenuación límite que no ha sido alcanzada en la fermentación y también se busca carbonatar la cerveza. Al recibir la cerveza en un tanque de maduración es necesario contrapresionar para evitar la salida de gas y la formación de espuma. Es un factor que puede contribuir a la deficiencia de espuma. Durante la maduración la cerveza debe mantenerse bajo presión de 0.3 a 0.5 atmósferas para evitar la oxidación y facilitar la clarificación (la levadura con presión tiende a sedimentarse y mas con frío) y se evita el exceso de purga. Al recibo la contrapresión puede ser con aire o con gas carbónico. Después se deja bajar la presión con el objeto de efectuar purga y eliminar aire en la parte vacía del tanque. Luego se cierra y se sostiene algo de presión porque si no , hay eliminación de muchas sustancias volátiles y se afecta el aroma de la cerveza. El tanque no se llena completamente Si la maduración es muy larga o prolongada el sabor se suaviza demasiado, pierde cuerpo, pierde amargo y queda muy simple aparte de que es muy costoso tener maduraciones largas, pues se necesitan muchos tanques. generalmente se deja un 2 a 5 % de cámara libre.
Con respecto a la temperatura de cerveza en maduración se especifica entre -2 y 0.ºC. si se hace segunda maduración se pasa a la etapa de reposo de 2 a 3ºC. y cuando se pasa al acabado se enfría a -2ºC. Si es mayor de 0ºC.puede presentarse autolisis de la levadura que pasa a maduración afectando el sabor, se presentan coagulaciones de las sustancias que precipitan en frío (proteosas o peptonas - taninos) y por tanto se obtienen cervezas químicamente inestables, también por esta temperatura alta no se obtiene una buena clarificación y por lo tanto cervezas muy turbias al final de la maduración que causan problemas en la filtración. Al subir la temperatura se puede aumentar el efecto de la oxidación. En referencia al tiempo de la maduración cuando se hace en una sola etapa se deja de 2 a 3 semanas. Cuando es en dos etapas el tiempo de la primera etapa dura comúnmente 2 semanas y el tiempo de acabado o segunda etapa dura aproximadamente una semana. La producción debe ser programada de tal manera que la cerveza tenga una maduración uniforme. Si el tiempo es corto menos de 15 días es posible que se obtenga un sabor verde, no precipiten las sustancias que causan estabilidad química deficiente, no se clarifique bien la cerveza originando problemas de filtración.
Al final de la maduración como se va a llevar a cabo una filtración y por lo tanto una eliminación de la levadura se tendrá que proteger la cerveza agregándole antioxidantes para que se combinen con el oxígeno y evitar que se combine con la cerveza pudiéndose emplear ácido ascórbico o bisulfito de sodio o potasio y para mejorar la clarificación de la cerveza se emplean clarificantes que pueden ser gelatina, viruta y una mezcla de bentonita con ácido tánico. La clarificación normal de la cerveza en maduración es afectada por maltas muy frescas sin el debido tiempo de reposo, temperaturas altas en maduración, alto extracto fermentable residual, poco tiempo de maduración, falta de presión positiva en los tanques de maduración y también por maltas mal modificadas o con un alto contenido de beta glucanos. Para proteger la cerveza contra la turbiedad fina o por frío se emplean estabilizadores que son enzimas proteolíticas de origen vegetal como la papaina de la papaya o la bromelina de la piña. El efecto de los estabilizadores contra la turbiedad por frío es degradar proteínas, proteosas y peptonas hasta polipéptidos para que no se combinen con los antocianógenos y no se formen las proteínas taninos que ocasionen turbiedad, estos se agregan por lo general antes de la filtración.
• Tipo y naturaleza de Agua cervecera
• Tipo y naturaleza de levadura cervecera
• Tiempos y Temperaturas en Cocimiento
• Tiempos y Temperaturas en Fermentación
Procesos de Elaboración
Tienen por objeto extraer todos los principios útiles de la malta (extracto fermentesible), lúpulo (Amargos y aceites esenciales) y sucedáneos o materias auxiliares para preparar el mosto cervecero.
Comparte 5 fases que son :
1. Molienda:
La molienda consiste en destruir el grano, respetando la cáscara o envoltura y provocando la pulverización de la harina. la malta es comprimida entre dos cilindros pero evitando destruir la cáscara lo menos posible pues ésta servirá de lecho filtrante en la operación de filtración del mosto; a su vez el interior del grano en una harina lo más fina posible. Estas dos condiciones, cáscara entera y harina fina no podrán respetarse si el grano no está seco (excepción molienda húmeda) y muy bien desagregado una tercera exigencia es un buen calibrado de la malta. La molienda debe ser también regulada según el cocimiento; si se utiliza un alto porcentaje de granos crudos o adjuntos es necesario moler groseramente. Sí para la filtración del mosto se utiliza un filtro prensa en lugar de una cuba-filtro o de falso fondo se puede moler mas fino pues en el filtro prensa el espesor de la capa filtrante de orujo o afrecho es mucho mas delgada.
2. Proceso de Malteado
Fase del proceso donde se extraen de la malta y eventualmente de los granos crudos la mayor cantidad de extracto y de la mejor calidad posible en función al tipo de cerveza que se busca fabricar. La extracción se logra principalmente por hidrólisis enzimatica, solamente un 10% de la extracción es debida a una simple disolución química. Las amilasas desdoblan el almidón en dextrinas y maltosa principalmente las enzimas proteolíticas desdoblan las proteínas complejas en materias nitrogenadas solubles, la fitasa desdobla la fitina en inositol y fosfato,etc. Estas transformaciones enzimaticas han sido ya empezadas durante el malteado a un ritmo mucho menos intenso del que sucederá en el cocimiento; donde debido a la acción de las diferentes temperaturas y la gran cantidad de agua las reacciones suceden muchas veces en forma explosiva. Cuantitativamente el desdoblamiento del almidón en azucares y dextrinas es el mas importante.
La fórmula del almidón es: (C6H12O6)n.
Las principales reacciones que ocurren durante el cocimiento por acción de las amilasas son
• formación de dextrinas. (C6H12O6)n ----------------> n(C6H10O5)n/x
• Formación de maltosa : (C6H10O5)n + n/2 H2O -----> n/2(C12H22O11)
• Y en menor proporción formación de glucosa (C6H10O5)n + n H2O --------> n(C6H12O6)
El almidón contiene dos polisacáridos diferentes : amilosa y amilopéctina; la amilosa está constituida por cadenas rectilíneas de glucosa con uniones a 1-4; la amilopéctina está constituida por cadenas ramificadas de uniones de glucosa en uniones a 1-4 y a 1-6 existiendo también uniones del tipo a 1-3. Para desdoblar el almidón se necesitan varias amilasas siendo las principales las a y b amilasas.
Las características de las enzimas amilolíticas de la malta son :
La b-amilasa corta las cadenas rectas de almidón de dos en dos glucosas, cada pareja se combina con una molécula de agua formando una molécula de maltosa, esta enzima puede de esta manera desdoblar enteramente las cadenas de amilasa en maltosa, sólo es detenida sí el número de glucosas de la cadena es impar, formando una molécula de malto-triosa al final. La b-amilasa también ataca la amilopéctina pero se detiene totalmente en las zonas donde existen enlaces del tipo a 1-6.
La- amilasa : Tiene su óptimo de temperatura de 62 a 65 ºc , se destruye sí se mantiene 30 minutos a 65 ºc rápidamente, y entre 70 a 75 ºc inmediatamente. Su PH óptimo se sitúa a 5.0, a un PH superior de 5.7 su acción declina fuertemente..
La a -amilasa es también incapaz de romper los enlaces a 1-6 de la amilopéctina, su misión consiste en cortar en un lugar cualquiera los enlaces a 1-4. Teóricamente la a -amilasa podría formar moléculas de maltosa cortando las cadenas hasta que queden dos unidades de glucosa, pero para llegar a esos extremos se tendría que dejar reaccionar mucho tiempo la enzima. Se observa pues que por la acción combinada de estas 2 enzimas el almidón será desdoblado en gran parte en maltosa y dextrinas es decir las zonas donde por la existencia de enlaces a 1-6 las enzimas en mención no han podido actuar; estas zonas son compuestas por tres glucosas como mínimo es decir maltotriosas.
a - Amilasa : Tiene su óptimo de temperatura entre los 72 y 75 ºc , es destruida a 80 ºc, su PH óptimo es de 5.6 a 5.8
Las características de las enzimas Proteolíticas son:
Contrariamente a lo que pasa con el almidón las sustancias nitrogenadas están lejos de disolverse completamente durante el cocimiento; se disuelven mayormente durante el malteado. Pero es muy importante tener en cuenta la gran diferencia existente entre los compuestos nitrogenados que se disuelven durante el malteado, y los que se disuelven durante el cocimiento, los compuestos que aquí se forman son sobre todo los péptidos.
Las proteínasas están en su máxima actividad a la temperatura de 45 - 50 ºc; a 60 ºc están aún en actividad, pero formando una proporción alta de compuestos nitrogenados complejos; A 70 ºc las proteínasas son rápidamente destruidas; su PH óptimo de acción es de 4.6 a 5.0 El 5 a 6 % de los sólidos del mosto son compuestos nitrogenados, y un 40 a 45 % de las proteínas de la malta son solubles. En cambio los adjuntos tiene 8 a 10 % de proteínas, pero la casi totalidad de estas no entran en solución durante el macerado. El lúpulo contiene 14 a 15 % de proteínas. De las proteínas que se solubilizan en la maceración buena parte de ellas se retira por coagulación, en parte en la misma maceración y en parte durante la ebullición del mosto. La actividad de las enzimas proteolíticas durante la maceración es baja por que las condiciones de PH no son óptimas. En el mosto quedan compuestos nitrogenados a partir de proteosas y peptonas en forma coloidal, las proteínas que no son degradadas hasta proteosas y peptonas se coagulan por desnaturalización debida al calor y sucede durante la ebullición del mosto. Las proteosas y peptonas no son coaguladas, sino que permanecen en forma coloidal, pueden combinarse parcialmente con taninos provenientes de malta y lúpulo y buena parte de aquellos precipitan cuando el mosto es enfriado durante la fermentación.
Obtención del mosto
Temperaturas y Tiempos tradicionales:
Cada cervecería utiliza el sistema de maceración que más le conviene según las materias primas y los equipos de que se dispone, y según la cerveza que se desea elaborar. Para lograr esto se busca favorecer determinadas reacciones enzimáticas dejando las masas a determinadas temperaturas durante algún tiempo. Este tiempo que dura la masa a determinada temperatura se le llama descanso. Los descansos más comunes en los diferentes sistemas de maceración son:
• Descanso de Hidratación ( 35 ºc ) Es un descanso que varia entre 20 a 60 minutos, y se realiza cuando se descarga las harinas de malta en el agua cervecera con el agitador de la paila funcionando.
• Descanso de Proteolisis ( 45 ºc ) Esta temperatura es óptima para la actividad de la péptidasa, es decir para la formación de aminoácidos y péptidos simples, también hay actividad de la fitasa (48 ºc ) que activa la transformación de los compuestos orgánicos del fósforo. Este descanso se conoce también como de peptonización. y puede variar de 10 a 60 minutos.
• Descanso de formación de azucares (55 - 62.5 ºc ) Temperatura óptima para la formación de maltosa o sea para la actividad de la b -amilasa variando entre 5 a 20 minutos, aquí aún hay algo de actividad proteolítica y algo de actividad de la a -amilasa.
• Descanso formación de dextrinas (67 - 72.5 ºc ) A esta temperatura se tiene la máxima actividad de la a - amilasa produciéndose una gran cantidad de dextrinas, con un tiempo que varía entre los 5 y 30 minutos.
• Descanso de conversión (70 - 74 ºc ) Este descanso la mayoría de veces es idéntico al anterior, pero sirve para completar todas las actividades enzimáticas, en este descanso quedan sacáridos de acrodextrinas hacia abajo. Con una duración máxima de 30 minutos.
• escanso estabilización de masa (74 - 77.5 ºc ) Se realiza para inactivación total de las enzimas, hay una ligera actividad de la a - amilasa, pero se va destruyendo. Con este descanso se termina la maceración, posteriormente se pasará la masa a la paila de filtración o filtro prensa para separar los afrechos. Este descanso con un promedio de duración entre 5 a 10 minutos es importante para regular la viscosidad del mosto durante la filtración.
Sistemas de Maceración:
Depende de las materias primas, del tipo de cerveza que se desea elaborar y de los equipos que se dispone. Actualmente se practican tres sistemas siendo estos sistemas los que dan origen a la variedad de cervezas en el mundo y son los siguientes:
Infusión Donde el aumento de la temperatura se hace progresivamente en todo el conjunto.a con el agitador de la olla funcionando.
Decocción La elevación de la temperatura se hace únicamente haciendo hervir una de las partes del cocimiento y mezclando. Para permitir la actividad prooteolítica y algo de actividad de la a -amilasa.
Doble masa o Mixto Típico para la utilización de adjuntos, siendo el mas empleado en nuestro medio, y se puede decir que es una mezcla de los dos anteriores.
3. Filtración de Mosto
Habiendo ya disuelto las materias solubles por el cocimiento es necesario separar el mosto de la parte insoluble llamada orujo o afrecho. La operación se realiza en dos fases primero el flujo del mosto y luego la operación de lavado del extracto que contiene el orujo. El mosto y el agua de lavado deben ser claros pues si se aporta durante la operación demasiadas sustancias mal disueltas, la clarificación de la cerveza será demasiado difícil. La calidad de la cerveza pude ser también alterada por un lavado de orujo con agua alcalina pues los polifenoles y sustancias amargas de la cáscara de la malta se disuelven muy fácilmente en agua alcalina aún más si se tiene en cuenta que el lavado se hace en agua a una temperatura máxima de 75 ºc; a propósito de la temperatura es muy importante no excederse de 75 ºc pues se corre el riesgo de disolver almidón presente aún en el orujo, lo que acarearía problemas de turbiedad y fermentación posteriores. Existen dos tipos de aparatos donde se realizan la filtración y posteriormente el lavado: Olla filtración Ahora reemplazado por el Whirlpool y el Filtro prensa.
Olla Filtro La variación de concentración del orujo no implica directamente en el volumen de la cuba, pudiendo ser el espesor de 25 a 50 cm. Como desventaja la proporción de adjunto es de 25 %. Otra ventaja es la menor mano de obra, pero el tiempo de filtración es mayor.
Filtro Prensa Se puede filtrar un mosto más denso, con una filtración más rápida y una proporción de adjuntos mayor del 75 %. Como desventajas el mosto es menos brillante, hay mayor cantidad de ácidos grasos insaturados, y el trabajo es más exigente.
4. Ebullición de Mosto
La finalidad de la ebullición es Estabilizar enzimática y microbiológicamente el mosto, buscar la coagulación de las proteínas. La destrucción de las enzimas es realizada para evitar que sigan desdoblando a lo largo de la fermentación, las amilasas podrían seguir desdoblando las dextrinas y éstas se transformarían enteramente en alcohol. La esterilización del mosto es obtenida por simple ebullición, pues su reacción es ligeramente ácida. La coagulación de las materias proteínicas debe hacerse lo mejor posible, pues si subsisten en el mosto ocasionarían problemas en la fermentación y provocando fácilmente turbiedad en la cerveza embotellada. La esterilización y la destrucción de las enzimas es fácil de realizar, un cuarto de hora de ebullición es generalmente suficiente. La coagulación de proteínas es mucho más difícil, se realiza por etapas, la primera es la desnaturalización que consiste en la ruptura de puentes de hidrógeno en la molécula de proteína, pasando del estado hidratado al deshidratado, manteniéndose en suspensión únicamente por su carga eléctrica; luego de la desnaturalización se produce la coagulación propiamente dicha por agrupación de micelios deshidratados; es aquí donde el PH juega un papel importantísimo pues la coagulación será eficiente si se realiza en el punto isoeléctrico; como existen muchas proteínas en el mosto se ha optado por el PH 5.3 como él mas conveniente. La violencia de la ebullición influye también en la coagulación más no en la desnaturalización. Durante la ebullición. La coloración también aumenta sobre todo por la formación de melanoidinas, también por oxidación de taninos, estas dos reacciones son favorecidas por el PH elevado. Por último a lo largo de la ebullición se forman productos reductores que contribuyen a la calidad y estabilidad de cerveza.
El Lupulado del mosto se realiza tradicionalmente durante esta operación, es decir en la paila de ebullición. El amargor es obtenido por isomerización de los ácidos y del lúpulo; esta isomerización es incompleta debido principalmente al PH del mosto, el PH óptimo de isomerización es 9. Como se ha visto existen muchas lupulonas y humulonas en el lúpulo; cada uno de estos compuestos donará su isómero respectivo; el conjunto es conocido como isohumulonas pues son esencialmente quienes donan el amargor deseado.
5. Enfriamiento de Mosto
El mosto obtenido por sacarificación de la malta o de los adjuntos y por proteólisis de las proteínas de la malta, ebullido durante hora y media con el lúpulo para otorgarle el amargo, a lo largo de esta ebullición la esterilización completa es obtenida gracias en particular a un PH vecino a 5.3. Los precipitados proteícos son eliminados por sedimentación, filtración o centrifugación; el mosto es enseguida enfriado a la temperatura de inoculación de la levadura, esta temperatura depende del tipo de levadura empleada y del tipo de cerveza a fabricar entre 6 a 20 ºc . Durante el enfriamiento un nuevo precipitado de polifenoles-proteínas se forma, por un lado por enlaces de hidrógeno y también por la falta de solubilidad de las prolaminas. La presencia de este nuevo precipitado juega un rol esencial sobre la formación de H2S por la levadura.
El mosto enfriado, en principio estéril, debe ser airada antes del inicio de la fermentación, de no ser airada la tasa de mortalidad levuriana aumentaría a tal punto que la levadura no podría ser reutilizada; la oxigenación del mosto antes del inicio de la fermentación permite a la levadura sintetizar ácidos grasos insaturados (oleícos, linoleícos, y linolénicos), en ausencia de estos ácidos grasos la pared celular esta sujeta a alteraciones lo cual lo hace más permeable a los ésteres correspondientes a los alcoholes superiores que ella misma forma.
La composición del mosto es muy variable en función al tipo de cerveza fabricada, su densidad puede variar entre 2 a 20 ºP (grados Plato) es decir que puede contener de 2 a 20 gr de soluto por 100 grs de líquido; a su vez puede ser rico o no en aminoácidos y péptidos en función de la importancia de la proteólisis y de la proporción de adjuntos utilizados. La relación maltosa/dextrinas es igualmente variable de acuerdo al método de cocimiento escogido. De manera general se puede decir que el mosto es un medio incompleto, normalmente carente de aminoácidos y ácidos grasos insaturados pues es imposible obtener un crecimiento rápido y completo de levadura; cosa que no sucede si se tratara de un medio sintético a base de extractos de levadura.
FERMENTACION:
La fermentación juega un rol esencial en la calidad de la cerveza, en particular gracias a los productos secundarios como los alcoholes superiores y ésteres; es también la etapa de la fabricación más difícil de controlar. La levadura que es reutilizada de una fermentación a otra no tiene un metabolismo estable; ella degenera. Esta degradación es debida a una infección por presencia de otros microorganismos, ni habitualmente tampoco debido a una mutación; debido a modificaciones progresivas de la membrana celular y de la actividad enzimática de la levadura. Las fermentaciones son modificaciones del metabolismo celular, es decir el conjunto de modificaciones bioquímicas y físicas. Este metabolismo comprende el catabolismo y anabolismo. Se ha preparado un líquido complejo y se ha purificado cuidadosamente hasta el momento de agregar la levadura cervecera para producir su fermentación. Al final de esta cuando los azucares han sido transformados hasta alcohol y gas carbónico se tendrá la cerveza. Después de la fermentación la cerveza es separada de la levadura, la cual puede ser utilizada para fermentar mas mosto, posteriormente. La cerveza se deja un determinado tiempo en reposo durante el cual se fijan ciertas cualidades y se clarifica naturalmente; después es filtrada. El principal producto obtenido durante la fermentación es el alcohol etílico pero se conoce dos tipos de fermentaciones en cervecería la fermentación de superficie y la fermentación de fondo
Fermentación de superficie.- Se usa levadura que va a la superficie del líquido después de filtrar la fermentación. Con este sistema se hacen cervezas tipo Ale, Porter, Lambic.
Fermentación de fondo.- Se emplea un tipo de levadura que se sedimenta al fondo de la tina después de haber efectuado la fermentación del mosto con ella se hacen cervezas tipo Lager. En las cervecerías nacionales se emplea este tipo de fermentación.
Descripción del proceso:
Se agrega al mosto frío, levadura en una cantidad calculada, para que quede en el mosto de 8 a 10 millones de células por cc. Para la fermentación de mosto concentrado, se usa un millón de células por cc por cada grado plato del mosto. La cantidad de levadura previamente determinada se diluye en el mosto y luego se inyecta a la línea de mosto frío durante el enfriamiento. La cantidad total de levadura que se inyecta se calcula teniendo el cuenta el volumen de mosto que va contener la tina de fermentación. La temperatura inicial de fermentación puede variar entre 6 a 10 ºC . Una vez que se inicia la fermentación se aprecian como cambios notorios, el descenso del extracto, la producción de gas carbónico y el desprendimiento de calor; durante la fermentación se controla el descenso de la densidad regulando la temperatura con atemperadores (serpentines o chaquetas), por los cuales circula agua fría o salmuera o agua glicolada a temperaturas que oscilan entre 1 a 2ºC para el caso del agua y de -5 a -10ºC. para el caso de la salmuera o el agua glicolada. Para recolectar el gas carbónico que se desprende de la fermentación, comúnmente el tanque está conectado por la parte superior con dos tuberías; una que va a la intemperie y la otra que va a la planta de purificación de gas carbónico. En la planta de gas carbónico, éste es purificado y licuado con el fin de inyectarlo posteriormente a la cerveza. Cuando se alcanza el extracto límite o sea hasta donde se le va a dejar fermentar se abre el frío para conseguir enfriar la cerveza y para que la levadura se alimente. Se consigue enfriar la cerveza hasta 5ºC. y se suspende el envió de gas carbónico a la planta, luego se bombea la cerveza a los tanques de maduración y se recupera la levadura. A la cantidad de levadura obtenida en cada fermentación se le denomina cosecha de levadura , lo normal es obtener 4 veces la cantidad de levadura agregada.
MADURACION:
Con el nombre de maduración se distingue la etapa siguiente a la fermentación y comprende todo el tiempo que dure la cerveza en los tanques a baja temperatura antes de ser filtrada. Comúnmente se divide en dos etapas que son reposo y acabado, entre el reposo y el acabado puede haber una prefiltración, preenfriamiento y precarbonatación. La maduración se puede hacer :
Dos etapas Reposo y acabado y durante el reposo hacer una segunda fermentación, en el paso de reposo a acabado la temperatura es de 2 a 3ºC. y en acabado se puede enfriar a -1ºC.
Fermentar hasta el extracto límite Este sistema es americano y en el paso de fermentación a reposo se efectúa el enfriamiento y entre reposo y acabado, precarbonatación, prefiltración y preenfriamiento y durante la filtración final se hace también enfriamiento.
Los objetivos de la maduración
son acumular o almacenar cerveza, dejar sedimentar en forma natural la materia amorfa y la levadura que aún tiene la cerveza, refinación del sabor por eliminación de las sustancias volátiles que causan el sabor verde, separación por precipitación de los compuestos que se forman al ser enfriada la cerveza, es muy importante considerar que la cerveza se enturbia al ser enfriada después de haber sido filtrada, otro de los objetivos es completar la atenuación límite que no ha sido alcanzada en la fermentación y también se busca carbonatar la cerveza. Al recibir la cerveza en un tanque de maduración es necesario contrapresionar para evitar la salida de gas y la formación de espuma. Es un factor que puede contribuir a la deficiencia de espuma. Durante la maduración la cerveza debe mantenerse bajo presión de 0.3 a 0.5 atmósferas para evitar la oxidación y facilitar la clarificación (la levadura con presión tiende a sedimentarse y mas con frío) y se evita el exceso de purga. Al recibo la contrapresión puede ser con aire o con gas carbónico. Después se deja bajar la presión con el objeto de efectuar purga y eliminar aire en la parte vacía del tanque. Luego se cierra y se sostiene algo de presión porque si no , hay eliminación de muchas sustancias volátiles y se afecta el aroma de la cerveza. El tanque no se llena completamente Si la maduración es muy larga o prolongada el sabor se suaviza demasiado, pierde cuerpo, pierde amargo y queda muy simple aparte de que es muy costoso tener maduraciones largas, pues se necesitan muchos tanques. generalmente se deja un 2 a 5 % de cámara libre.
Con respecto a la temperatura de cerveza en maduración se especifica entre -2 y 0.ºC. si se hace segunda maduración se pasa a la etapa de reposo de 2 a 3ºC. y cuando se pasa al acabado se enfría a -2ºC. Si es mayor de 0ºC.puede presentarse autolisis de la levadura que pasa a maduración afectando el sabor, se presentan coagulaciones de las sustancias que precipitan en frío (proteosas o peptonas - taninos) y por tanto se obtienen cervezas químicamente inestables, también por esta temperatura alta no se obtiene una buena clarificación y por lo tanto cervezas muy turbias al final de la maduración que causan problemas en la filtración. Al subir la temperatura se puede aumentar el efecto de la oxidación. En referencia al tiempo de la maduración cuando se hace en una sola etapa se deja de 2 a 3 semanas. Cuando es en dos etapas el tiempo de la primera etapa dura comúnmente 2 semanas y el tiempo de acabado o segunda etapa dura aproximadamente una semana. La producción debe ser programada de tal manera que la cerveza tenga una maduración uniforme. Si el tiempo es corto menos de 15 días es posible que se obtenga un sabor verde, no precipiten las sustancias que causan estabilidad química deficiente, no se clarifique bien la cerveza originando problemas de filtración.
Al final de la maduración como se va a llevar a cabo una filtración y por lo tanto una eliminación de la levadura se tendrá que proteger la cerveza agregándole antioxidantes para que se combinen con el oxígeno y evitar que se combine con la cerveza pudiéndose emplear ácido ascórbico o bisulfito de sodio o potasio y para mejorar la clarificación de la cerveza se emplean clarificantes que pueden ser gelatina, viruta y una mezcla de bentonita con ácido tánico. La clarificación normal de la cerveza en maduración es afectada por maltas muy frescas sin el debido tiempo de reposo, temperaturas altas en maduración, alto extracto fermentable residual, poco tiempo de maduración, falta de presión positiva en los tanques de maduración y también por maltas mal modificadas o con un alto contenido de beta glucanos. Para proteger la cerveza contra la turbiedad fina o por frío se emplean estabilizadores que son enzimas proteolíticas de origen vegetal como la papaina de la papaya o la bromelina de la piña. El efecto de los estabilizadores contra la turbiedad por frío es degradar proteínas, proteosas y peptonas hasta polipéptidos para que no se combinen con los antocianógenos y no se formen las proteínas taninos que ocasionen turbiedad, estos se agregan por lo general antes de la filtración.
lunes, 27 de julio de 2009
VARIABLES DE LOS PROCESOS
PROCESOS Y VARIABLES DE LOS PROCESOS
Un proceso es cualquier operación o serie de operaciones que produce un cambio físico o químico en una sustancia o en una mezcla de sustancias. La sustancia o sustancias que entran en un proceso se conocen como entrada o alimentación y aquellas que salen de é1 se llaman salida o producto.
Una unidad de proceso es un aparato o equipo donde se lleva a cabo una de las operaciones que constituyen el proceso. Cada unidad del proceso está asociada con un conjunto de flujos o corrientes del proceso de entrada y salida, que constituyen las sustancias que entran y salen de cada unidad. En la Figura 1.a) puede observarse un esquema del proceso para obtener monoclorodecano (producto principal) y diclorodecano (producto secundario) a partir de cloro y decano (entradas o alimentaciones).
Se pueden diseñar unidades del proceso individuales (como reactores, columnas de destilación, intercambiadores de calor), puede supervisar la operación de un proceso, o bien modificar un diseño para efectuar un cambio en las características de la alimentación o del producto deseado. Como regla general, para hacer cualquiera de estas cosas, necesita conocer las cantidades, composiciones y condiciones de las sustancias que entran y salen de cada unidad del proceso.
MASA Y VOLUMEN
La densidad de una sustancia es la masa por unidad de volumen de la misma. Las unidades en que puede ser expresada son: kg/m3, g/cm3, lbm/ft3, etc. Del mismo modo, el volumen específico de una sustancia es el volumen por unidad de masa de la misma (m3/kg, ft3/lbm etc.) y es, por lo tanto, la inversa de la densidad. Las densidades de los sólidos y líquidos puros son relativamente independientes de la temperatura y la presión, y pueden encontrarse en la bibliografía clásica (como el R. H. Perry y D. W. Green, Eds., Perry's Chemical Engineers' Handbook, sexta edici6n, Mc- Graw Hill, Nueva York, 1984. pp. 3-6 a 3-44
La densidad de una sustancia puede utilizarse como un factor de conversión para relacionar la masa y el volumen de una cantidad de esa sustancia.
El peso específico de una sustancia es el cociente entre la densidad ρ de la misma y la densidad de una sustancia de referencia ρref en determinadas condiciones:
La sustancia de referencia más frecuentemente utilizada para sólidos y líquidos es el agua a 4.0°C, que tiene la siguiente densidad:
De este modo, la densidad de un líquido o de un sólido en g/cm3 es numéricamente igual al peso específico de esa sustancia. La notación significa que el peso específico de una sustancia a 20°C con respecto al agua a 4°C es 0.6.
De este modo, si posee el peso específico de una sustancia, multiplicándola por la densidad de la sustancia de referencia en cualquiera de sus unidades se obtiene la densidad de la sustancia en las mismas unidades.
Nota: Las unidades especiales de densidad conocidas como grados Baume (°Be), grados API (ºAPI) y grados Twaddell (ºTw) se utilizan ocasionalmente, en particular en la industria del petróleo. Las definiciones y los factores de conversión para estas unidades se proporcionan en la pagina 1-19 del Perry's Chemical Engineer's Handbook.
VELOCIDAD DE FLUJO
Velocidad de flujo másico y volumétrico Los procesos continuos involucran el movimiento de las sustancias de un punto a otro del sistema (corrientes), a1gunas veces entre unidades del proceso, otras desde las instalaciones de producción hasta el almacén de transporte o viceversa. La velocidad a la que se transporta una sustancia a través de una línea de un proceso es la velocidad de flujo de esa sustancia.
La velocidad de flujo de una corriente en un proceso puede expresarse como una velocidad de flujo másico (masa/tiempo), o bien como una velocidad de flujo volumétrico (volumen/tiempo).
Supongamos que un fluido (un gas o un líquido) fluye a través del tubo cilíndrico, donde el área sombreada representa una sección perpendicular a la dirección del flujo. Si la velocidad de flujo másico el fluido es m (kg/s), entonces m kilogramos de fluido pasan a través de la sección transversal cada segundo.
Si la velocidad de flujo volumétrico del fluido en esta sección transversal es V (m3/s), entonces V metros cúbicos del fluido pasan a través de la sección transversal cada segundo. Sin embargo, la masa m y el volumen V de un fluido (en este caso, el fluido que pasa a través de la sección transversal cada segundo) no son cantidades independientes, sino que están relacionadas mediante la densidad del fluido ρ
Por lo tanto: La densidad de un fluido puede utilizarse para convertir una velocidad de flujo volumétrico conocida de una corriente de un proceso en la velocidad de flujo másico de esa corriente o viceversa.
Medición de la velocidad de flujo
Un medidor de flujo es un dispositivo montado en la línea de un proceso, el cuál proporciona una lectura continua de la velocidad de flujo en la línea.
En Perry's Chemical Engineer's Handbook, páginas 5-7 a 5-17, se encuentra la descripción de muchos otros medidores de flujo.
El rotámetro es un tubo vertical que contiene un flotador; cuanto mayor sea la velocidad de flujo, tanto mayor será la altura que alcanza el flotador en el tubo. El medidor de orificio es una obstrucción en el canal del flujo que tiene una abertura estrecha, a través de la cual pasa el fluido.
La presión del fluido disminuye de la parte anterior al orificio a la parte posterior a él; la caída de presión (que se mide con un manómetro diferencial que se describe más adelante) varía con la velocidad de flujo: si la velocidad de flujo aumenta, la caída de presión será mayor.
COMPOSICION QUIMICA
Moles y masa molar El peso atómico de un elemento es la masa de un átomo en una escala que asigna una masa de exactamente 12 al 12C (el isótopo del carbono cuyo núcleo posee seis protones y seis neutrones).
La masa molar (usualmente llamada peso molecular) de un compuesto es la suma de los pesos atómicos de los átomos que constituyen la molécula del compuesto.
Por ejemplo: el oxígeno atómico (0), tiene un peso atómico de aproximadamente 16 y por lo tanto, la molécula de oxígeno (02) tiene una masa molar de aproximadamente 32. Un gramo-mol (g-mol, o mol en el sistema SI) de una sustancia es la cantidad de esa sustancia cuya masa en gramos es numéricamente igual a su masa molar. Si la sustancia es un elemento, es técnicamente correcto referirse a un gramo-átomo (atom) más que a un gramo-mol. No haremos esta distinción y utilizaremos los moles tanto para elementos como para compuestos. Otro tipo de moles (por ejemplo, kg-mol o kmol, lb-mol, ton-mol) se definen de modo similar. Por ejemplo, el monóxido de carbono (CO) tiene una masa molar de 28; 1 mol de CO contiene, por lo tanto, 28 g, 1 lb-mol contiene 28 1bm, 1 ton-mol contiene 28 toneladas y así sucesivamente.
Resumiendo: Si el peso molecular de una sustancia es M, entonces hay M kg/kmol, M g/mol y M lbm/lb-mol de esta sustancia. La masa molar puede utilizarse como un factor de conversión que relaciona la masa con el número de moles de una cantidad de sustancia. Por ejemplo, 34 kg de amoniaco (NH3: M = 17) son equivalentes a: y 4 lb-mol de amoniaco son equivalentes a:
(En las conversiones de masa a mol siempre es de gran ayuda incluir la fórmula química en la ecuación dimensional, como se mostró anteriormente.)
Los mismos factores que se utilizan en la conversión de masa de una unidad a otra pueden utilizarse para convertir las unidades molares equivalentes: por ejemplo, hay 454 g/lbm y por tanto hay 454 mol/lb-mol, sin importar cual es la sustancia involucrada.
Un gramo-mol de cualquier sustancia contiene 6.02 x 1023 moléculas de esa sustancia (que es el número de Avogadro.
FRACCIONES EN MASA, FRACCIONES MOLARES Y MASA MOLAR PROMEDIO
Ocasionalmente los flujos de los procesos contienen una sola sustancia y con frecuencia consisten en mezclas de líquidos o gases o de disoluciones de uno o más solutos en un disolvente líquido.
CONCENTRACIÓN
La concentración en masa de un componente en una mezcla o disolución es la masa de este componente por unidad de volumen de la mezcla (g/cm3, lbm/ft3, kg/in3,...).
La concentración molar de un componente es el número de moles del componente por unidad de volumen de la mezcla (mol/m3, kg mol/m3, lb-mol/ft3,…). La molaridad de una disolución es el valor de la concentración molar del soluto expresada en gramos-mol de soluto/litro de disolución.
La concentración de una sustancia en una mezcla o en una disolución puede utilizarse como un factor de conversión para relacionar la masa (o moles) de un componente en una muestra de la mezcla con el volumen de la muestra o para relacionar la velocidad de flujo másico (o molar) de un componente de un flujo continuo con la velocidad de flujo volumétrico del mismo.
PRESION
Presión de un fluido y columna hidrostática La presión es el cociente entre una fuerza y el área sobre la que actúa la fuerza. Por lo tanto, las unidades de la presión son las unidades de la fuerza divididas en las unidades de área (es decir,
N/m2, dinas/cm2 y lbf/in2 o psi). En el sistema SI es N/m2 que se conoce como pascal (Pa).
Consideremos un fluido (gas o líquido) contenido en un recipiente cerrado o fluyendo a través de un tubo y supongamos que en la pared del recipiente hay un orificio de área A, La presión del fluido puede definirse como el cociente F/A, donde F es la fuerza mínima que se debe ejercer sobre una tapa en el orificio para evitar que el fluido escape del recipiente.
Debemos presentar una definición adicional de la presión de un fluido para explicar el concepto de presión atmosférica y para discutir los métodos usuales de medición de presiones de los fluidos en tanques y tubos. Supongamos una columna vertical de fluido de altura h (m), que tiene un área de sección transversal uniforme A (m2). Supongamos, además, que el fluido tiene una densidad ρ (kg/m3) y que se ejerce una presión P0 (N/m2) sobre la superficie superior de la columna.
La presión P del fluido en la base de la columna, llamada presión hidrostática del fluido, es, por definición, la fuerza F ejercida sobre la base dividida por el área de la base A. F debe ser igual a la suma de la fuerza sobre la superficie superior y el peso del fluido en la columna. No es difícil demostrar que
Como A no aparece en esta ecuación, la formula se puede aplicar a una columna de fluido tan estrecha como un tubo de ensayo o tan ancha como el océano.
Además de que la presión puede expresarse como una fuerza por unidad de área, ésta puede escribirse como una columna de un fluido particular; esto es, como la altura de una columna hipotética de este fluido que ejercería una determinada presión en su base, si la presión en la parte superior de esta fuese cero. Se puede hablar entonces de una presión de 14.7 psi o en forma equivalente, de una presión (o columna) de 33.9 pies de agua (33.9 ft de H2O) o 76 cm de mercurio (76 cm Hg). La equivalencia entre una presión P (fuerza/área) y la columna correspondiente Ph (altura de un fluido) la proporciona la ecuación anterior con P0 = 0:
Nota De ahora en adelante usaremos una P sin subíndice para denotar la presión, expresada como (fuerza/área) o como la columna de un fluido.
La relación entre la presión en la base de una columna de fluido de altura h y la presión en la parte superior es particularmente simple si se expresan estas presiones como columnas de fluido; por ejemplo, si la columna es de mercurio, entonces Las unidades mm de Hg pueden sustituirse por cualquier otra unidad de longitud y cualquier otra sustancia.
Existen tablas de conversión que presentan valores de presión expresados en diferentes unidades usuales de fuerza/área y como columnas de mercurio y de agua. El uso de esta tabla para la conversión de unidades de presión se muestra con la conversión de 20 psi a cm de Hg.
Se ha designado el valor típico de la presión atmosférica al nivel del mar, 760 mm de Hg, como un valor estándar de 1 atmósfera.
Las presiones de los fluidos que hemos mencionado son todas presiones absolutas, ya que una presión de cero corresponde al vacío perfecto. Muchos aparatos de medición de presión proporcionan la presión manométrica de un fluido o la presión en relación con la presión atmosférica. Una presión manométrica de cero indica que la presión absoluta del fluido es igual a la presión atmosférica. La fórmula de conversión entre presiones absolutas y manométricas es
Pabsoluta = Pmanométrica + Patmosférica
Las abreviaturas psia y psig se utilizan frecuentemente para denotar presiones absolutas y manométricas, respectivamente, en lbf/pul2. También es usual referirse a presiones manométricas negativas (presiones absolutas menores que la atmosférica) como cantidades positivas de vacío; por ejemplo, una presión manométrica de -1 cm de Hg (75.0 cm de Hg absolutos, si la presión atmosférica es de 76.0 cm de Hg) puede denominarse también 1 cm de vacío.
MEDICIÓN DE LA PRESIÓN DE UN FLUIDO
Existen varios aparatos mecánicos que se utilizan para medir la presión de fluidos. El más común de estos equipos es el manómetro de Bourdon, que es un tubo hueco cerrado por uno de sus extremos y doblado en forma de C. El extremo abierto del tubo está expuesto al fluido cuya presión se desea medir. A medida que aumenta la presión, el tubo tiende a enderezarse produciendo el movimiento de rotación de una aguja unida al tubo. La posición de la aguja sobre un disco calibrado indica la presión manométrica del fluido. La figura 6 muestra un diagrama esquemático de un manómetro de Bourdon, este se utiliza para medir presiones de fluidos desde vacíos cercanos al perfecto hasta cerca de 7000 atm. Las mediciones de presión de mayor precisión, se realizan con otro tipo de manómetros.
Un manómetro es, en general, un tubo en forma de U parcialmente lleno con un líquido de densidad conocida (el fluido manométrico). Cuando los extremos del tubo están expuestos a diferentes presiones, el nivel del fluido disminuye en el brazo de alta presión y aumenta en el de baja presión.
La diferencia entre las presiones puede calcularse a partir de la diferencia medida entre los niveles del líquido en cada brazo.
Los manómetros se utilizan de varias formas, como se muestra en la figura 7. En cada diagrama, la presión P1 es mayor que la presión P2. La figura 7a muestra un manómetro abierto: uno de los extremos está expuesto a un fluido cuya presión se desea medir y el otro está abierto a la atmósfera.
La fórmula que relaciona la diferencia de presión P1 – P2 con la diferencia en los niveles de fluido en el manómetro se basa en el principio que establece que la presión del fluido debe ser la misma en dos puntos cualquiera que estén a la misma altura en un fluido continuo. En particular, la presión a la altura de la superficie inferior del fluido del manómetro es igual en ambos brazos del manómetro.
Si escribimos e igualamos las expresiones para las presiones en los puntos (a) y (b), se obtiene la ecuación general manométrica.
Ecuación general manométrica:
En un manómetro diferencial, los fluidos 1 y 2 son el mismo, y consecuentemente ρ1 = ρ2 = ρ. La ecuación general manométrica se reduce a
TEMPERATURA
La temperatura de una sustancia en un estado de agregación en particular (sólido, líquido o gas) es una medida de la energía cinética promedio que poseen las moléculas que forman la sustancia. Como esta energía no puede medirse directamente, la temperatura debe determinarse indirectamente midiendo alguna propiedad física de la sustancia cuyo valor depende de la temperatura de una manera conocida. Tales propiedades y los equipos de medición de temperatura basados en ellas, incluyen la resistencia eléctrica de un conductor (termómetro de resistencia), el voltaje en la unión de dos metales diferentes (termopar), el espectro de radiación emitida (pirómetro) y el volumen de una masa fija de un fluido (termómetro).
Un termopar es un aparato para medir temperatura que consiste en dos alambres de metal distintos unidos por un extremo.
El voltaje generado en la unión metálica se registra en un potenciómetro o milivoltimetro. Cuando se utilizan ciertos metales, el voltaje varía linealmente con la temperatura en la unión de los dos metales.
Las escalas de temperatura pueden definirse en términos de cualquiera de estas propiedades o en términos de fenómenos físicos, como la congelación y la ebullición, que tienen lugar a temperaturas y presiones constantes. Uno puede referirse, por ejemplo, a "la temperatura a la que la resistencia de un alambre de cobre es de 1.92 x 10-6 ohms/cm3" o a la "temperatura que está a dos tercios de una escala que empieza en el punto de ebullición del agua a 1 atm y que termina en el punto de fusión del NaCl".
Además de estas escalas físicas, es conveniente tener una escala de temperatura numérica simple, entre otras razones, para no tener que utilizar 25 palabras para dar un solo valor de temperatura.
Una escala de temperatura definida se obtiene asignando arbitrariamente valores numéricos a dos temperaturas medibles y reproducibles; por ejemplo, se asigna un valor de 0 al punto de congelación del agua y un valor de 100 a su punto de ebullición, a una presión de 1 atm. Esto especifica completamente la escala, ya que además de localizar estos dos puntos, aclara que la longitud de una unidad de intervalo de temperatura (llamada un grado) es l/100 de la distancia entre los dos puntos de referencia en la escala.
Las dos escalas más comunes de temperatura se definen utilizando el punto de congelación (Tf) y el punto de ebullición (Tb) del agua a una presión de 1 atm.
Escala Celsius (o centígrada): A Tf se le asigna un valor de 0 °C y a Tb se le asigna un valor de 100 °C. El cero absoluto (teóricamente la temperatura mas baja que se puede alcanzar en la naturaleza) en esta escala corresponde a -273.15 °C.
Escala Fahrenheit. A Tf se le asigna un valor de 32 °F y a Tb se le asigna uno de 212 °F. El cero absoluto corresponde a -459.67 °F.
Las escalas Kelvin y Rankine se definen de forma que el cero absoluto corresponde a un valor de cero y el tamaño de un grado sea igual a un grado Celsius (en la escala Kelvin) o a un grado Fahrenheit (en la escala Rankine).
Las siguientes relaciones pueden utilizarse para convertir una temperatura expresada en una unidad de una escala definida en su equivalente en otra.
T(K) = T(ºC) + 273.15 (E-1)
T (ºR) = T (ºF) + 459.67 (E-2)
T (ºR) = 1.8 T (K) (E-3)
T (ºF) = 1.8 T (ºC) + 32 (E-4)
Las ecuaciones como estas siempre se proporcionan en la forma de la ecuación de una recta (y = ax + b). Si (°A) y (°B) se encuentran en cualesquiera dos unidades de temperatura, para encontrar la ecuación para T(°B) en términos de T(°A) se deben conocer los valores equivalentes en cada escala de dos valores de temperatura, por ejemplo T1 y T2. Entonces
1. Escriba T(°B) = aT(°A) + b.
2. Sustituya T1(°B) y T1(°A) en la ecuación; tienes entonces una ecuación con dos incógnitas (a y b). Sustituya T2(°B) y T2(°A) para obtener la segunda ecuación con las mismas dos incógnitas, y resuelve para a y b.
Un grado es tanto un valor de temperatura como un intervalo de temperatura, hecho que a veces lleva a confusiones. Consideremos el intervalo de temperatura de 0°C a 5°C. Hay nueve grados Fahrenheit y Rankine en este intervalo y solo cinco grados Celsius y Kelvin. Un intervalo de 1 grado Celsius o Kelvin contiene, por tanto, 1.8 grados Fahrenheit o Rankine, lo que nos conduce a los factores de conversión
Nota: Estos factores de conversión se refieren a intervalos de temperatura, no a valores de temperatura.
Un proceso es cualquier operación o serie de operaciones que produce un cambio físico o químico en una sustancia o en una mezcla de sustancias. La sustancia o sustancias que entran en un proceso se conocen como entrada o alimentación y aquellas que salen de é1 se llaman salida o producto.
Una unidad de proceso es un aparato o equipo donde se lleva a cabo una de las operaciones que constituyen el proceso. Cada unidad del proceso está asociada con un conjunto de flujos o corrientes del proceso de entrada y salida, que constituyen las sustancias que entran y salen de cada unidad. En la Figura 1.a) puede observarse un esquema del proceso para obtener monoclorodecano (producto principal) y diclorodecano (producto secundario) a partir de cloro y decano (entradas o alimentaciones).
Se pueden diseñar unidades del proceso individuales (como reactores, columnas de destilación, intercambiadores de calor), puede supervisar la operación de un proceso, o bien modificar un diseño para efectuar un cambio en las características de la alimentación o del producto deseado. Como regla general, para hacer cualquiera de estas cosas, necesita conocer las cantidades, composiciones y condiciones de las sustancias que entran y salen de cada unidad del proceso.
MASA Y VOLUMEN
La densidad de una sustancia es la masa por unidad de volumen de la misma. Las unidades en que puede ser expresada son: kg/m3, g/cm3, lbm/ft3, etc. Del mismo modo, el volumen específico de una sustancia es el volumen por unidad de masa de la misma (m3/kg, ft3/lbm etc.) y es, por lo tanto, la inversa de la densidad. Las densidades de los sólidos y líquidos puros son relativamente independientes de la temperatura y la presión, y pueden encontrarse en la bibliografía clásica (como el R. H. Perry y D. W. Green, Eds., Perry's Chemical Engineers' Handbook, sexta edici6n, Mc- Graw Hill, Nueva York, 1984. pp. 3-6 a 3-44
La densidad de una sustancia puede utilizarse como un factor de conversión para relacionar la masa y el volumen de una cantidad de esa sustancia.
El peso específico de una sustancia es el cociente entre la densidad ρ de la misma y la densidad de una sustancia de referencia ρref en determinadas condiciones:
La sustancia de referencia más frecuentemente utilizada para sólidos y líquidos es el agua a 4.0°C, que tiene la siguiente densidad:
De este modo, la densidad de un líquido o de un sólido en g/cm3 es numéricamente igual al peso específico de esa sustancia. La notación significa que el peso específico de una sustancia a 20°C con respecto al agua a 4°C es 0.6.
De este modo, si posee el peso específico de una sustancia, multiplicándola por la densidad de la sustancia de referencia en cualquiera de sus unidades se obtiene la densidad de la sustancia en las mismas unidades.
Nota: Las unidades especiales de densidad conocidas como grados Baume (°Be), grados API (ºAPI) y grados Twaddell (ºTw) se utilizan ocasionalmente, en particular en la industria del petróleo. Las definiciones y los factores de conversión para estas unidades se proporcionan en la pagina 1-19 del Perry's Chemical Engineer's Handbook.
VELOCIDAD DE FLUJO
Velocidad de flujo másico y volumétrico Los procesos continuos involucran el movimiento de las sustancias de un punto a otro del sistema (corrientes), a1gunas veces entre unidades del proceso, otras desde las instalaciones de producción hasta el almacén de transporte o viceversa. La velocidad a la que se transporta una sustancia a través de una línea de un proceso es la velocidad de flujo de esa sustancia.
La velocidad de flujo de una corriente en un proceso puede expresarse como una velocidad de flujo másico (masa/tiempo), o bien como una velocidad de flujo volumétrico (volumen/tiempo).
Supongamos que un fluido (un gas o un líquido) fluye a través del tubo cilíndrico, donde el área sombreada representa una sección perpendicular a la dirección del flujo. Si la velocidad de flujo másico el fluido es m (kg/s), entonces m kilogramos de fluido pasan a través de la sección transversal cada segundo.
Si la velocidad de flujo volumétrico del fluido en esta sección transversal es V (m3/s), entonces V metros cúbicos del fluido pasan a través de la sección transversal cada segundo. Sin embargo, la masa m y el volumen V de un fluido (en este caso, el fluido que pasa a través de la sección transversal cada segundo) no son cantidades independientes, sino que están relacionadas mediante la densidad del fluido ρ
Por lo tanto: La densidad de un fluido puede utilizarse para convertir una velocidad de flujo volumétrico conocida de una corriente de un proceso en la velocidad de flujo másico de esa corriente o viceversa.
Medición de la velocidad de flujo
Un medidor de flujo es un dispositivo montado en la línea de un proceso, el cuál proporciona una lectura continua de la velocidad de flujo en la línea.
En Perry's Chemical Engineer's Handbook, páginas 5-7 a 5-17, se encuentra la descripción de muchos otros medidores de flujo.
El rotámetro es un tubo vertical que contiene un flotador; cuanto mayor sea la velocidad de flujo, tanto mayor será la altura que alcanza el flotador en el tubo. El medidor de orificio es una obstrucción en el canal del flujo que tiene una abertura estrecha, a través de la cual pasa el fluido.
La presión del fluido disminuye de la parte anterior al orificio a la parte posterior a él; la caída de presión (que se mide con un manómetro diferencial que se describe más adelante) varía con la velocidad de flujo: si la velocidad de flujo aumenta, la caída de presión será mayor.
COMPOSICION QUIMICA
Moles y masa molar El peso atómico de un elemento es la masa de un átomo en una escala que asigna una masa de exactamente 12 al 12C (el isótopo del carbono cuyo núcleo posee seis protones y seis neutrones).
La masa molar (usualmente llamada peso molecular) de un compuesto es la suma de los pesos atómicos de los átomos que constituyen la molécula del compuesto.
Por ejemplo: el oxígeno atómico (0), tiene un peso atómico de aproximadamente 16 y por lo tanto, la molécula de oxígeno (02) tiene una masa molar de aproximadamente 32. Un gramo-mol (g-mol, o mol en el sistema SI) de una sustancia es la cantidad de esa sustancia cuya masa en gramos es numéricamente igual a su masa molar. Si la sustancia es un elemento, es técnicamente correcto referirse a un gramo-átomo (atom) más que a un gramo-mol. No haremos esta distinción y utilizaremos los moles tanto para elementos como para compuestos. Otro tipo de moles (por ejemplo, kg-mol o kmol, lb-mol, ton-mol) se definen de modo similar. Por ejemplo, el monóxido de carbono (CO) tiene una masa molar de 28; 1 mol de CO contiene, por lo tanto, 28 g, 1 lb-mol contiene 28 1bm, 1 ton-mol contiene 28 toneladas y así sucesivamente.
Resumiendo: Si el peso molecular de una sustancia es M, entonces hay M kg/kmol, M g/mol y M lbm/lb-mol de esta sustancia. La masa molar puede utilizarse como un factor de conversión que relaciona la masa con el número de moles de una cantidad de sustancia. Por ejemplo, 34 kg de amoniaco (NH3: M = 17) son equivalentes a: y 4 lb-mol de amoniaco son equivalentes a:
(En las conversiones de masa a mol siempre es de gran ayuda incluir la fórmula química en la ecuación dimensional, como se mostró anteriormente.)
Los mismos factores que se utilizan en la conversión de masa de una unidad a otra pueden utilizarse para convertir las unidades molares equivalentes: por ejemplo, hay 454 g/lbm y por tanto hay 454 mol/lb-mol, sin importar cual es la sustancia involucrada.
Un gramo-mol de cualquier sustancia contiene 6.02 x 1023 moléculas de esa sustancia (que es el número de Avogadro.
FRACCIONES EN MASA, FRACCIONES MOLARES Y MASA MOLAR PROMEDIO
Ocasionalmente los flujos de los procesos contienen una sola sustancia y con frecuencia consisten en mezclas de líquidos o gases o de disoluciones de uno o más solutos en un disolvente líquido.
CONCENTRACIÓN
La concentración en masa de un componente en una mezcla o disolución es la masa de este componente por unidad de volumen de la mezcla (g/cm3, lbm/ft3, kg/in3,...).
La concentración molar de un componente es el número de moles del componente por unidad de volumen de la mezcla (mol/m3, kg mol/m3, lb-mol/ft3,…). La molaridad de una disolución es el valor de la concentración molar del soluto expresada en gramos-mol de soluto/litro de disolución.
La concentración de una sustancia en una mezcla o en una disolución puede utilizarse como un factor de conversión para relacionar la masa (o moles) de un componente en una muestra de la mezcla con el volumen de la muestra o para relacionar la velocidad de flujo másico (o molar) de un componente de un flujo continuo con la velocidad de flujo volumétrico del mismo.
PRESION
Presión de un fluido y columna hidrostática La presión es el cociente entre una fuerza y el área sobre la que actúa la fuerza. Por lo tanto, las unidades de la presión son las unidades de la fuerza divididas en las unidades de área (es decir,
N/m2, dinas/cm2 y lbf/in2 o psi). En el sistema SI es N/m2 que se conoce como pascal (Pa).
Consideremos un fluido (gas o líquido) contenido en un recipiente cerrado o fluyendo a través de un tubo y supongamos que en la pared del recipiente hay un orificio de área A, La presión del fluido puede definirse como el cociente F/A, donde F es la fuerza mínima que se debe ejercer sobre una tapa en el orificio para evitar que el fluido escape del recipiente.
Debemos presentar una definición adicional de la presión de un fluido para explicar el concepto de presión atmosférica y para discutir los métodos usuales de medición de presiones de los fluidos en tanques y tubos. Supongamos una columna vertical de fluido de altura h (m), que tiene un área de sección transversal uniforme A (m2). Supongamos, además, que el fluido tiene una densidad ρ (kg/m3) y que se ejerce una presión P0 (N/m2) sobre la superficie superior de la columna.
La presión P del fluido en la base de la columna, llamada presión hidrostática del fluido, es, por definición, la fuerza F ejercida sobre la base dividida por el área de la base A. F debe ser igual a la suma de la fuerza sobre la superficie superior y el peso del fluido en la columna. No es difícil demostrar que
Como A no aparece en esta ecuación, la formula se puede aplicar a una columna de fluido tan estrecha como un tubo de ensayo o tan ancha como el océano.
Además de que la presión puede expresarse como una fuerza por unidad de área, ésta puede escribirse como una columna de un fluido particular; esto es, como la altura de una columna hipotética de este fluido que ejercería una determinada presión en su base, si la presión en la parte superior de esta fuese cero. Se puede hablar entonces de una presión de 14.7 psi o en forma equivalente, de una presión (o columna) de 33.9 pies de agua (33.9 ft de H2O) o 76 cm de mercurio (76 cm Hg). La equivalencia entre una presión P (fuerza/área) y la columna correspondiente Ph (altura de un fluido) la proporciona la ecuación anterior con P0 = 0:
Nota De ahora en adelante usaremos una P sin subíndice para denotar la presión, expresada como (fuerza/área) o como la columna de un fluido.
La relación entre la presión en la base de una columna de fluido de altura h y la presión en la parte superior es particularmente simple si se expresan estas presiones como columnas de fluido; por ejemplo, si la columna es de mercurio, entonces Las unidades mm de Hg pueden sustituirse por cualquier otra unidad de longitud y cualquier otra sustancia.
Existen tablas de conversión que presentan valores de presión expresados en diferentes unidades usuales de fuerza/área y como columnas de mercurio y de agua. El uso de esta tabla para la conversión de unidades de presión se muestra con la conversión de 20 psi a cm de Hg.
Se ha designado el valor típico de la presión atmosférica al nivel del mar, 760 mm de Hg, como un valor estándar de 1 atmósfera.
Las presiones de los fluidos que hemos mencionado son todas presiones absolutas, ya que una presión de cero corresponde al vacío perfecto. Muchos aparatos de medición de presión proporcionan la presión manométrica de un fluido o la presión en relación con la presión atmosférica. Una presión manométrica de cero indica que la presión absoluta del fluido es igual a la presión atmosférica. La fórmula de conversión entre presiones absolutas y manométricas es
Pabsoluta = Pmanométrica + Patmosférica
Las abreviaturas psia y psig se utilizan frecuentemente para denotar presiones absolutas y manométricas, respectivamente, en lbf/pul2. También es usual referirse a presiones manométricas negativas (presiones absolutas menores que la atmosférica) como cantidades positivas de vacío; por ejemplo, una presión manométrica de -1 cm de Hg (75.0 cm de Hg absolutos, si la presión atmosférica es de 76.0 cm de Hg) puede denominarse también 1 cm de vacío.
MEDICIÓN DE LA PRESIÓN DE UN FLUIDO
Existen varios aparatos mecánicos que se utilizan para medir la presión de fluidos. El más común de estos equipos es el manómetro de Bourdon, que es un tubo hueco cerrado por uno de sus extremos y doblado en forma de C. El extremo abierto del tubo está expuesto al fluido cuya presión se desea medir. A medida que aumenta la presión, el tubo tiende a enderezarse produciendo el movimiento de rotación de una aguja unida al tubo. La posición de la aguja sobre un disco calibrado indica la presión manométrica del fluido. La figura 6 muestra un diagrama esquemático de un manómetro de Bourdon, este se utiliza para medir presiones de fluidos desde vacíos cercanos al perfecto hasta cerca de 7000 atm. Las mediciones de presión de mayor precisión, se realizan con otro tipo de manómetros.
Un manómetro es, en general, un tubo en forma de U parcialmente lleno con un líquido de densidad conocida (el fluido manométrico). Cuando los extremos del tubo están expuestos a diferentes presiones, el nivel del fluido disminuye en el brazo de alta presión y aumenta en el de baja presión.
La diferencia entre las presiones puede calcularse a partir de la diferencia medida entre los niveles del líquido en cada brazo.
Los manómetros se utilizan de varias formas, como se muestra en la figura 7. En cada diagrama, la presión P1 es mayor que la presión P2. La figura 7a muestra un manómetro abierto: uno de los extremos está expuesto a un fluido cuya presión se desea medir y el otro está abierto a la atmósfera.
La fórmula que relaciona la diferencia de presión P1 – P2 con la diferencia en los niveles de fluido en el manómetro se basa en el principio que establece que la presión del fluido debe ser la misma en dos puntos cualquiera que estén a la misma altura en un fluido continuo. En particular, la presión a la altura de la superficie inferior del fluido del manómetro es igual en ambos brazos del manómetro.
Si escribimos e igualamos las expresiones para las presiones en los puntos (a) y (b), se obtiene la ecuación general manométrica.
Ecuación general manométrica:
En un manómetro diferencial, los fluidos 1 y 2 son el mismo, y consecuentemente ρ1 = ρ2 = ρ. La ecuación general manométrica se reduce a
TEMPERATURA
La temperatura de una sustancia en un estado de agregación en particular (sólido, líquido o gas) es una medida de la energía cinética promedio que poseen las moléculas que forman la sustancia. Como esta energía no puede medirse directamente, la temperatura debe determinarse indirectamente midiendo alguna propiedad física de la sustancia cuyo valor depende de la temperatura de una manera conocida. Tales propiedades y los equipos de medición de temperatura basados en ellas, incluyen la resistencia eléctrica de un conductor (termómetro de resistencia), el voltaje en la unión de dos metales diferentes (termopar), el espectro de radiación emitida (pirómetro) y el volumen de una masa fija de un fluido (termómetro).
Un termopar es un aparato para medir temperatura que consiste en dos alambres de metal distintos unidos por un extremo.
El voltaje generado en la unión metálica se registra en un potenciómetro o milivoltimetro. Cuando se utilizan ciertos metales, el voltaje varía linealmente con la temperatura en la unión de los dos metales.
Las escalas de temperatura pueden definirse en términos de cualquiera de estas propiedades o en términos de fenómenos físicos, como la congelación y la ebullición, que tienen lugar a temperaturas y presiones constantes. Uno puede referirse, por ejemplo, a "la temperatura a la que la resistencia de un alambre de cobre es de 1.92 x 10-6 ohms/cm3" o a la "temperatura que está a dos tercios de una escala que empieza en el punto de ebullición del agua a 1 atm y que termina en el punto de fusión del NaCl".
Además de estas escalas físicas, es conveniente tener una escala de temperatura numérica simple, entre otras razones, para no tener que utilizar 25 palabras para dar un solo valor de temperatura.
Una escala de temperatura definida se obtiene asignando arbitrariamente valores numéricos a dos temperaturas medibles y reproducibles; por ejemplo, se asigna un valor de 0 al punto de congelación del agua y un valor de 100 a su punto de ebullición, a una presión de 1 atm. Esto especifica completamente la escala, ya que además de localizar estos dos puntos, aclara que la longitud de una unidad de intervalo de temperatura (llamada un grado) es l/100 de la distancia entre los dos puntos de referencia en la escala.
Las dos escalas más comunes de temperatura se definen utilizando el punto de congelación (Tf) y el punto de ebullición (Tb) del agua a una presión de 1 atm.
Escala Celsius (o centígrada): A Tf se le asigna un valor de 0 °C y a Tb se le asigna un valor de 100 °C. El cero absoluto (teóricamente la temperatura mas baja que se puede alcanzar en la naturaleza) en esta escala corresponde a -273.15 °C.
Escala Fahrenheit. A Tf se le asigna un valor de 32 °F y a Tb se le asigna uno de 212 °F. El cero absoluto corresponde a -459.67 °F.
Las escalas Kelvin y Rankine se definen de forma que el cero absoluto corresponde a un valor de cero y el tamaño de un grado sea igual a un grado Celsius (en la escala Kelvin) o a un grado Fahrenheit (en la escala Rankine).
Las siguientes relaciones pueden utilizarse para convertir una temperatura expresada en una unidad de una escala definida en su equivalente en otra.
T(K) = T(ºC) + 273.15 (E-1)
T (ºR) = T (ºF) + 459.67 (E-2)
T (ºR) = 1.8 T (K) (E-3)
T (ºF) = 1.8 T (ºC) + 32 (E-4)
Las ecuaciones como estas siempre se proporcionan en la forma de la ecuación de una recta (y = ax + b). Si (°A) y (°B) se encuentran en cualesquiera dos unidades de temperatura, para encontrar la ecuación para T(°B) en términos de T(°A) se deben conocer los valores equivalentes en cada escala de dos valores de temperatura, por ejemplo T1 y T2. Entonces
1. Escriba T(°B) = aT(°A) + b.
2. Sustituya T1(°B) y T1(°A) en la ecuación; tienes entonces una ecuación con dos incógnitas (a y b). Sustituya T2(°B) y T2(°A) para obtener la segunda ecuación con las mismas dos incógnitas, y resuelve para a y b.
Un grado es tanto un valor de temperatura como un intervalo de temperatura, hecho que a veces lleva a confusiones. Consideremos el intervalo de temperatura de 0°C a 5°C. Hay nueve grados Fahrenheit y Rankine en este intervalo y solo cinco grados Celsius y Kelvin. Un intervalo de 1 grado Celsius o Kelvin contiene, por tanto, 1.8 grados Fahrenheit o Rankine, lo que nos conduce a los factores de conversión
Nota: Estos factores de conversión se refieren a intervalos de temperatura, no a valores de temperatura.
domingo, 26 de julio de 2009
OPERACIONES UNITARIAS Y PROCESOS UNITARIOS.
OPERACIONES UNITARIAS Y PROCESOS UNITARIOS.
Los pasos en la obtención de cualquier producto químico, tal como el descrito, pueden clasificarse en tres grandes grupos:
o Con pocas excepciones, la parte más importante de cualquier planta química es el reactor, donde ocurre el cambio químico de reactivos a productos.
o Antes de que los reactivos lleguen al reactor pueden pasar por diferentes equipos. El objetivo de estos aparatos es colocar estos compuestos en las condiciones apropiadas de presión, temperatura, fase, etc., necesarias en el reactor.
o Después que los productos abandonan esta unidad deben ser procesados, modificando así su temperatura, presión, pureza, etc., para poder salir al mercado.
En general, todos los equipos - excepto el reactor - son utilizados para producir cambios físicos: calentamiento, compresión, molienda, separación, etc.
Las operaciones físicas realizadas para producir estos cambios, tales como transmisión de calor, flujo de fluidos, destilación, etc., son llamadas Operaciones Unitarias.
Los cambios químicos que ocurren en el reactor o reacciones químicas como oxidación, nitración, polimerización, reducción, esterificación, etc., se conocen con el nombre de Procesos Unitarios.
La solución de casi cualquier problema de ingeniería química, que involucre una operación o un proceso unitario incluye los siguientes pasos:
• Realizar el balance de materia para calcular las masas de reactivos y productos.
• Realizar el balance de energía para encontrar todas las interacciones energéticas del proceso, fundamentalmente calor y trabajo. Algunas veces es necesario resolver los balances de materia y energía de manera combinada.
• Calcular las velocidades de reacción y de transferencia de masa, de lo cual se ocupan la cinética química y los fenómenos de transporte.
CLASIFICACIÓN DE LAS OPERACIONES UNITARIAS.
Las operaciones unitarias son de naturaleza física. Se pueden dividir en 5 grandes grupos:
• Flujo de fluidos.
• Transmisión de calor.
• Mezclado.
• Separación: Destilación, extracción, absorción, adsorción, evaporación, cristalización, humidificación, secado, filtración y centrifugación.
• Manejo de sólidos: Compresión, molienda, tamizado y fluidización. No hay una clara división entre algunas operaciones. El funcionamiento de un evaporador continuo requiere de conocimientos sobre flujo de fluidos, transferencia de calor; así mismo la cristalización, como en la obtención del hidrosulfito, puede ocurrir en la evaporación, etc.
Figura Diagrama del proceso de obtención de hidrosulfito de sodio
CLASIFICACIÓN DE LOS PROCESOS UNITARIOS.
Son aquellos que requieren de una o más operaciones, en las que ocurren transformaciones químicas.
Los procesos unitarios están clasificados de acuerdo con el tipo de reacción química involucrada. En 1945, en su texto "The Chemical Process Industries" el profesor R. N. Shreve clasificó los principales procesos unitarios de la siguiente manera:
o Combustión
o Oxidación
o Neutralización
o Formación de silicatos
o Caustización
o Electrólisis
o Doble descomposición
o Calcinación
o Nitración
o Esterificación
o Reducción
o Amonólisis
o Halogenación
o Sulfonación
o Hidrólisis
o Hidrogenación
o Alquilación
o Reacción de Friedeí-Crafts
o Condensación
o Polimerización
o Fermentación
o Diasotización y acoplamiento
o Pirólisis
o Aromatización
o Isomerización
Los cuales presentan semejanzas y disparidades entre sí, pero las similitudes son aparentes y no se pueden tratar de una manera genérica como se hace con las operaciones unitarias.
Diagramas de flujo
DIAGRAMAS DE FLUJO.
Se utilizan para representar en forma esquemática y simbólica los diferentes procesos industriales, las etapas que los integran, los equipos que las constituyen y las corrientes de materiales que los interrelacionan.
En esencia, son dibujos formados por líneas y símbolos que ayudan a entender cómo se realiza el flujo de materia o energía en un proceso o en un equipo. Los símbolos representan las unidades de equipo de proceso y se escogen desde el punto de vista de la claridad y simplicidad, y generalmente guardan cierto parecido con el equipo que representan; las líneas que se conectan a dichas unidades señalan tubos o ductos a través de los cuales se transfieren materiales. Estas líneas se denominan, generalmente, corrientes y están caracterizados por variables como la razón de flujo del material, la composición, la temperatura, la presión, etc.
Hay varias clases de diagramas de flujo que son utilizados para diferentes propósitos, su nomenclatura no está estandarizada y las compañías y libros utilizan los más convenientes a sus fines.
La primera etapa para solucionar un problema de ingeniería química es su traducción a un diagrama de flujo donde se simbolizan las características más importantes del problema, que es una condición casi indispensable en la realización de los balances de materia y energía de un proceso o de una planta.
Algunos de los diferentes tipos de diagramas de flujo son:
o Diagramas de bloques o rectángulos.
o Diagramas simbólicos.
o Diagramas de instrumentación.
DIAGRAMAS DE BLOQUES O RECTÁNGULOS.
Son los más simples y en ellos se representa el proceso o alguna de sus partes por medio de bloques o rectángulos con flechas que indican las corrientes de entrada y salida. Dentro del rectángulo se coloca la indicación del proceso o equipo que representa y en las líneas con flechas se indican las variables de las corrientes (sustancia, flujo, temperatura, presión, concentración, etc.).
DIAGRAMAS SIMBÓLICOS.
Son una representación más cercana a la realidad. En ellos se representan los diferentes equipos, comúnmente empleados en la industria, por medio de símbolos que conservan, en cierto modo, su apariencia física. Se muestra la interrelación entre los diferentes equipos por medio de líneas de unión.
Las propiedades físicas, las cantidades, las temperaturas y las presiones de los materiales son parte importante de estos diagramas.
Estos valores se pueden indicar de tres maneras:
• Colocando los datos sobre cada corriente.
• Identificando la corriente con un número o letra que se refiere a una lista adjunta.
• Adjuntando los datos en una hoja de tabulación.
Los diagramas simbólicos son los más utilizados en la ingeniería química debido a que:
Ayudan al diseño y acomodamiento de la planta,
Dan una idea clara del proceso,
Facilitan el dimensionamiento del equipo,
Sirven como medio de instrucción del personal relacionado con el proceso,
Ayudan a la realización de los balances de materia y energía.
Los símbolos, utilizados en estos diagramas de flujo y que representan los equipos, han sido estandarizados por el uso, y recopilados por la Asociación Americana de Estándares.
La Figura muestra alguno de los símbolos más usados para representar esquemáticamente los diferentes equipos y accesorios que forman parte de una planta química.
DIAGRAMAS DE FLUJO
En un diagrama de flujo se combinan adecuadamente los símbolos anteriores para representar el proceso que se realiza en una planta química.
El hidrosulfito de sodio se produce, utilizando SO2 y zinc, procesados u obtenidos mediante procesos independientes:
a. Obtención del polvo de zinc:
El zinc electrolítico (HGS), del 99.999 % de pureza, llega a la planta en forma de lingotes, los cuales se someten a un proceso de fundición-evaporación y luego condensación, hasta obtener un polvo de zinc, el que se tamiza en una malla 325.
b. Obtención del SO2:
El azufre se lleva a un tanque de fusión. Sale líquido, a unos 137 °C, y se inyecta en forma de aerosol (spray) a una caldera, en donde se combina con aire seco, proveniente de la planta de ácido sulfúrico, formándose SO2. El gas que sale se somete a varios lavados y al final se pasa por la torre de ácido sulfúrico con el fin de secarlo. Por último se comprime y el SO2 líquido se almacena en un tanque, a determinadas condiciones de presión y temperatura.
c. Obtención del hidrosulfito de sodio:
El polvo de zinc se mezcla con agua en un reactor al cual se adiciona lentamente el SO2 líquido. La reacción que ocurre es la formación del hidrosulfito de zinc. Una vez terminada la transformación, se pasa la solución a otro reactor, y se adiciona carbonato de sodio o hidróxido de zinc, obteniéndose el hidrosulfito de sodio y carbonato o hidróxido de zinc como subproducto.
La solución de hidrosulfito de sodio y carbonato de zinc se somete a una serie de filtraciones para separar los dos compuestos. La torta de carbonato de zinc e hidróxido de zinc se somete a calcinación para obtener el ZnO.
La solución de hidrosulfito de sodio se lleva a un evaporador-cristalizador, en el cual, con anterioridad, se ha evaporado una solución de cloruro de sodio para formar cristales que se utilizan como "siembra" en la cristalización del hidrosulfito de sodio.
Una vez terminada la evaporación, el producto se pasa a través de un filtro prensa, al cual se adiciona alcohol etílico, con el fin de absorber la humedad remanente en los cristales. El alcohol se recupera en una torre de destilación.
Los cristales de hidrosulfito de sodio se someten a secado al vacío en un secador rotatorio, se tamizan y se empacan, evitando el contacto con el aire porque se descomponen fácilmente, quedando listo para su comercialización. El diagrama de flujo, tal como se ha descrito, se muestra en la Figura
Tipos de procesos Químicos
TIPOS DE PROCESOS QUÍMICOS
Un proceso químico es un conjunto de operaciones químicas y/o físicas ordenadas a la transformación de unas materias iniciales en productos finales diferentes. Un producto es diferente de otro cuando tenga distinta composición, esté en un estado distinto o hayan cambiado sus condiciones.
En la descripción general de cualquier proceso químico existen diferentes operaciones involucradas. Unas llevan inherentes diversas reacciones químicas.
En cambio otros pasos son meramente físicos, es decir, sin reacciones químicas presentes. Podemos decir que cualquier proceso químico que se pueda diseñar consta de una serie de operaciones físicas y químicas. Cada una de estas operaciones es una operación unitaria dentro del proceso global.la hidratación, hidrólisis, solución, oxidación, reducción e intercambio iónico, la combustión, la solidificación, la condensación, evaporación.
La solvatación es el proceso de interacción entre las moléculas de un solvente y las de un soluto formando agregados. Algunos de estos agregados son estables y tienen un número determinado de moléculas de solvente y otras no. Cuando el solvente es el agua, al proceso se le llama hidratación. Cualquier soluto covalente polar puede interactuar con solventes polares.
Cuando un cristal de un compuesto iónico como el cloruro de sodio se introduce en agua, las moléculas de agua que son polares se autoorientan con relación a los iones de la superficie del cristal de cloruro de sodio. La fuerza de atracción entre las moléculas de agua y los iones superficiales del cloruro de sodio es suficientemente intensa para causar que los iones abandonen sus posiciones en el cristal y que se muevan a situarse entre moléculas de agua, a tal proceso se le llama solvatación de ambos iones.
Un proceso químico es un conjunto de operaciones químicas y/o físicas ordenadas a la transformación de unas materias iniciales en productos finales diferentes. Un producto es diferente de otro cuando tenga distinta composición, esté en un estado distinto o hayan cambiado sus condiciones.
En la descripción general de cualquier proceso químico existen diferentes operaciones involucradas. Unas llevan inherentes diversas reacciones químicas.
En cambio otros pasos son meramente físicos, es decir, sin reacciones químicas presentes. Podemos decir que cualquier proceso químico que se pueda diseñar consta de una serie de operaciones físicas y químicas. Cada una de estas operaciones es una operación unitaria dentro del proceso global.la hidratación, hidrólisis, solución, oxidación, reducción e intercambio iónico, la combustión, la solidificación, la condensación, evaporación.
La solvatación es el proceso de interacción entre las moléculas de un solvente y las de un soluto formando agregados. Algunos de estos agregados son estables y tienen un número determinado de moléculas de solvente y otras no. Cuando el solvente es el agua, al proceso se le llama hidratación. Cualquier soluto covalente polar puede interactuar con solventes polares.
Cuando un cristal de un compuesto iónico como el cloruro de sodio se introduce en agua, las moléculas de agua que son polares se autoorientan con relación a los iones de la superficie del cristal de cloruro de sodio. La fuerza de atracción entre las moléculas de agua y los iones superficiales del cloruro de sodio es suficientemente intensa para causar que los iones abandonen sus posiciones en el cristal y que se muevan a situarse entre moléculas de agua, a tal proceso se le llama solvatación de ambos iones.
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