Batch

Procesos Batch...¿de qué se trata?

Entrevista al Dr. Oscar Iribarren*, investigador científico, quien se desempeña en el Instituto de Desarrollo y Diseño (Ingar)**, de nuestra ciudad.

¿A qué refiere esa denominación?
Se trata de procesos en los que se opera sobre una cantidad de material -a la que llamamos "bachada"-, transformándola en sucesivas operaciones hasta obtener el producto final. Por ejemplo, preparar una comida siguiendo una receta de cocina, o un medicamento en base a las instrucciones de una receta magistral, es un típico proceso batch. Industrialmente, los llamamos recetas de producción.

Y si el proceso no fuera "batch", ¿qué sería?
Sería continuo. De hecho, todos los procesos comienzan siendo batch porque los experimentos de laboratorio para inventar un proceso -o un producto- son batch. Luego, si ese producto va a ser producido masivamente durante muchos años, desde el punto de vista económico conviene desarrollar un proceso continuo, que opere las 24 horas del día de todos los días del año. Por ejemplo, es el caso de una destilería de petróleo que es operada en forma continua por controles automáticos: por una cañería entran muchos miles de litros de petróleo por hora, y por otras (cañerías) salen los productos (diferentes tipos de naftas, fuel oil, asfalto, etc.), con muy poca gente que supervisa que todo marche bien.

En otro tipo de destilerías, ¿también se puede hablar de procesos batch?
Exacto; las destilerías de licores son "batch", y una operación típica sería la siguiente: se carga una bachada de cerveza, se la calienta, se evapora una proporción condensando esos vapores (el destilado sería whisky, en ese caso), se enfría, se envía a los toneles, etc. El fraccionamiento de aceites esenciales para obtener los componentes de sabores y fragancias también se hace por destilación batch. Son plantas más pequeñas, que operan uno o dos turnos diarios y detienen la actividad los fines de semana. En términos generales se elaboran varios productos de acuerdo con la demanda o la producción estacional de materias primas, y, en relación, ocupan a muchos operarios.

Como investigador, ¿cuál es su actividad principal?
La formación de recursos humanos: becarios que realizan sus tesis conmigo. Desarrollamos modelos matemáticos de estos procesos, obtenemos los parámetros de esos modelos mediante experimentos de laboratorio, y luego los empleamos para optimizar el diseño o la operación de este tipo de plantas. Optimizamos lo que nosotros llamamos "variables de proceso": temperaturas, tiempos de procesamiento, proporción de reactivos, etc., o sea, las recetas de producción.

Pero, esas recetas, ¿no son fijas?
Sí; muchas plantas trabajan con recetas de producción fijas, desaprovechando la oportunidad de optimizarlas de acuerdo a qué productos se están produciendo simultáneamente, o de acuerdo con los precios actuales de productos y materias primas, etc.
Debo aclarar que, en el caso de algunos medicamentos y alimentos preparados, no es posible modificar la receta porque alteraría las propiedades del producto final, pero, en general, sí es posible y definitivamente conveniente en términos económicos.

¿De qué tipo de productos estamos hablando?
De extractos vegetales (medicinas, sabores, colorantes, bebidas tipo "amargos", jugos de frutas y verduras, etc.); de productos obtenidos por fermentación (bebidas alcohólicas, ácidos orgánicos, proteínas en general, química fina, etc.).
En este momento estamos trabajando en la producción de dextran (un biopolímero expansor del plasma sanguíneo) por fermentación con membranas; en oleorresinas (extractos por solventes) de especias; en el fraccionamiento de aceites esenciales; en la producción de proteínas transgénicas (enzimas y vacunas) y en la recuperación de solventes orgánicos por destilación batch.

Antes mencionó que su trabajo consiste en el desarrollo de modelos matemáticos de los procesos, para lo cual -supongo- utilizará software. ¿Existe software comercial para hacer esas optimizaciones?
El área más desarrollada en cuanto a diseño y operación asistidos por computadora es la de los procesos continuos del petróleo y la petroquímica. Las empresas del rubro patrocinaron el desarrollo de la ingeniería química durante muchos años, y existen Simuladores de Procesos comerciales muy elaborados orientados hacia esos procesos. Pero ocurre que los batch son más complejos de modelar que los continuos, y que los potenciales usuarios de esos simuladores son empresas más pequeñas; esto explica que se haya demorado el desarrollo de herramientas computacionales para estos procesos.
Por ahora, los primeros Simuladores comerciales trabajan con la "receta" suministrada por el usuario, que es un caso más sencillo, y de cualquier manera le viene bien a la industria fármaco-química que, en general, tiene que ajustarse a la receta de la Patente o Farmacopea (Y, a su vez, es el sector de procesos batch que mueve más dinero).

¿Qué panorama presenta el futuro?
Ya existen las opciones de construir cada vez el modelo del proceso particular que uno quiere optimizar en lenguajes de modelación acoplados a programas de optimización, o utilizar esos Simuladores donde los módulos de las operaciones ya están programados y en los que, por el momento, hay que ingresar la receta. En el futuro esos lenguajes serán más flexibles, admitiendo la incorporación de módulos pre-programados por el usuario, y los Simuladores estarán acoplados a Programas de Optimización.
En cualquier caso, los resultados de nuestra investigación apuntan a que haya una estructura óptima de modelación de estos procesos bastante general: un modelo de planta con la estructura matemática de un programa geométrico y modelos de performance de las operaciones que se desea optimizar. Haciendo interactuar estos modelos se pueden optimizar los procesos con menor trabajo de programación, menor trabajo experimental y mayor eficiencia computacional.

¿Ha realizado transferencia de tecnología a las industrias?; ¿en qué rubros?
Sí, a empresas productoras de jugos de frutas, de extractos vegetales para bebidas, de fragancias naturales y fármacoquímica. Y, desde ya, toda industria que tenga procesos Batch está invitada a acercarse a nosotros para explorar si podemos serles de utilidad.

(*) Nació en Comodoro Rivadavia (Chubut); es Ingeniero Químico (FIQ-UNL) y doctor en Ingeniería Química (Universidad de Massachusetts -EE.UU.-). Es investigador del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (Conicet) y docente en el Posgrado de la FIQ-UNL.
(**) Dependiente del Conicet, y sito en Avellaneda 3657 -Santa Fe-.
Entrevistó: Lic. Enrique Alberto Rabe, del Area de Comunicación Social del Centro Regional de Investigación y Desarrollo de Santa Fe (Ceride/Conicet).