INTRODUCCIÓN

 DEFINICION DE OPERACIONES UNITARIAS

Una operacion unitaria se puede definir como un área de un proceso o equipo donde se combinan insumos o materias primas y realizan muchas funciones, y estos son los procesos basicos que forman parte del proceso.

Peter Harriott define "Las operaciones unitarias son igualmente aplicables a procesos físicos y químicos. Por ejemplo, la fabricación de sal común consta de la siguiente serie de operaciones básicas: transporte de sólidos y líquidos, transmisión de calor, evaporación, cristalización, secado y tamizado".

Julian Baquer define "Es la expresión más sencilla e indivisible de un proceso de transformación de un producto en la industria, puede ser físico, químico, biológico o mecánico. En la figura se muestra un múltiple efecto equipos compuestos por varios evaporadores conectados en serie, donde ocurre la evaporación de las mezclas a partir del intercambio térmico".

 

                       

                 

Artur Dehon Little propuso el concepto de operaciones unitarias para explicar los procesos de la quimica industrial en 1916.

En 1923, William Walker, Warrern k, Lewys y Willian  McAdams escribieron el libro los procesos de la ingenieria quimica y explicaron que la variedad de industrias quimicas tienen proceso que siguen de las mismas leyes de fisica, ellos resumieron estos procesos similares en operaciones unitarias, en donde cada operacion unitaria sigue las mismas leyes fisicas y pueden usarse en todas las industrias quimicas relevantes. 

Sería prácticamente imposible estudiar la casi infinita cantidad de procesos químicos que se realizan a diario en la industria sin tener un terreno común para todos ellos. Afortunadamente, ese enlace está ahí. Cualquier proceso que se diseñe involucra una serie de procesos físicos y químicos que son, en algunos casos, específicos del proceso en estudio, pero en otros son procesos comunes e iguales de algunos procesos.

Se entiende que los procesos de transformación en la industria alimentaria requieren de ciencias tradicionales como los procesos unitarios, porque el factor común entre ellos es que cambian las condiciones de una determinada cantidad de una sustancia de forma más beneficiosa. Para los fines para los que se procesan las materias primas. Alimentos y producción de alimentos.

En ingeniería química y campos relacionados, el proceso unitario es un paso esencial en el proceso. Los procesos unitarios incluyen cambios físicos o transformaciones químicas, como separación, cristalización, evaporación, filtración, polimerización, isomerización y otras reacciones. En el procesamiento de productos lácteos, por ejemplo, la homogeneización, la pasteurización y el envasado son operaciones unitarias asociadas con la creación del proceso general. El proceso puede requerir varias operaciones unitarias para obtener el producto deseado a partir de un iniciador o materia prima.

 

 

CLASIFICACIÓN DE OPERACIONES UNITARIAS

    Las operaciones unitarias se clasifican en su mayoría de los procesos unitarios de la industria tales como destilación, extracción, evaporación y cristalización entre otros; Se basan en fenómenos naturales relacionados con la transferencia de calor, masa y cantidad de movimiento. Entonces, para entender el proceso unitario, se deben conocer tres fenómenos de transferencia. En la transferencia de fluidos, se estudia la transferencia de cantidad de movimiento; En la transferencia de calor se estudia la transferencia de energía; Y durante la transferencia de masa, descubres la transferencia de materia por diferentes especies químicas.

Por lo siguiente las operaciones unitarias se clasifican en tres grandes grupos que son :

• Transferencia de momento lineal
• Transferencia de calor
• Transferencia de masa
  

En general, el fenómeno del transporte se refiere a la velocidad a la que se transfiere una cantidad de alguna propiedad alargada de calor, masa y cantidad - se transfieren en movimiento por unidad de tiempo y área.

TRANSFERENCIA DE MOMENTO LINEAL

Se definio como momento lineal o cantidad de movimiento de un objeto de masa que se mueve con velocidad.

Esto se refiere a lo que se representa en los materiales en movimiento como en operaciones unitarias de flujo de fluidos, sedimiento y mezclas.

SISTEMA SEDIMENTADOR

La sedimentación se utiliza para separar las partículas sólidas dispersas en un líquido. La diferencia de densidades entre las partículas sólidas y el líquido hace que, aunque éste último tenga un movimiento ascendente y las partículas sólidas sedimenten, depositándose en el fondo de donde son eliminadas en forma de lodos. La viscosidad del líquido frena las partículas sólidas, que deben vencer el rozamiento con el líquido en el movimiento de caída.

En este proceso las partículas sólidas ceden parte de su cantidad de movimiento a las moléculas del líquido de su alrededor. Cuanto mayor sea la viscosidad del líquido, tanto más se frena el movimiento de las partículas. Las moléculas del líquido, aceleradas por contacto con el sólido transmiten su movimiento a capas de líquido más alejadas debido a las interacciones intermoleculares, de las que la viscosidad es una medida. La operación de sedimentación está, pues, controlada por el transporte de cantidad de movimiento.

TRANSFERENCIA DE CALOR

Se denomina transferencia de calor al fenomeno fisico que consiste en el traspaso de energia calorifica de un medio a otro.

la transferencia de calor ocurre en operaciones unitarias como la destilacion, evaporacion o secado.

DESTILACION 

El objetivo principal de la destilacion consiste en separar una mezcla de varios componentes aprovechando sus diferentes volatilidades, o bien, separar materiales volatiles de otros no volatiles.

¿EN QUE CONSISTE ?

Esta es la separación de los componentes de la mezcla líquida por evaporación y condensación de la mezcla líquida. Cuando se calienta, los componentes más volátiles se liberan primero, dejando un residuo líquido de la sustancia con el punto de ebullición más alto.

EVAPORACION 

La evaporación es un proceso físico que consiste en el paso gradual de un líquido al estado gaseoso.

    Este es un caso especial de transferencia de calor para estudiar la evaporación de solventes volátiles (como el agua), solutos no volátiles como las sales u otro tipo de sustancias en solución

EJEMPLO:

• Perfume concentrado  si dejamos un frasco de perfume destapado , con el tiempo se evapora el liquido.

 

• Quemador de aceite esenciales , se mezcla el aceite esencial con agua y se somete al calor producido por la llama de una vela , ese calor hace que la mezcla se evapore y se desprenda del aceite.

 

• Evapotranspiracion es el proceso conjunto de liberación moléculas de vapor de agua a la atmósfera , a partir de la transpiracion de la vegetacion y la evaporacion del agua de la superficie de suelos , rios , lagos,etc.

 

SECADO

El secado es un proceso de transferencia de masa entre un gas y un sólido, en el que el agua contenida en el sólido se convierte en una fase gaseosa por evaporación. El secado suele ser el paso final de una serie de operaciones, a menudo retirando el producto del secador de envasado.

TRANSFERENCIA DE MASA

La transferencia de masa es la tendencia de uno o más componentes de una mezcla a pasar de una región de alta concentración a una región de baja concentración.

    Esto ocurre cuando una sustancia se transfiere a través de otra u otras a escala molecular. Esto ocurre cuando se ponen en contacto dos sustancias con composiciones químicas diferentes

    La transferencia de masa se da en operaciones unitarias como la destilación, absorción, evaporación, secado, lixiviación, filtración por membrana, etc.

¿QUE ES ABSORCIÓN? 

La absorcion es una operacion unitaria de transferencia de materia que consiste en poner en contacto un gas con un liquido, para que este se disuelva determinados componentes del gas , dejandolo libre de los mismos. Puede ser fisica o quimica, según que el gas se disuelva en el liquido absorbente o reaccione con él dando un nuevo compuesto químico.

La absorcion se emplea en la industria para la eliminacion de gas ácidos (C02 , SO2)en corrientes  gaseosas, mediante distgintas corrientes liquidas (agua, disolucion gaseosa,aminas).

ADSORCIÓN 

Es la operacion unitaria contraria a la absorcion , en ella, un gas disuelto en un liquido es arrastrado por un gas inerte, siendo eliminado del liquido , estas operaciones se pueden llevar a cabo en columnas de platos y de relleno y tambien en torres de pulverizacion que son columnas vacias en las que el liquido entra en presion por un sistema de ducha, circulando al gas en sentido contrario

 

EVAPORACION

Es un proceso fisico que consiste en el paso gradual de un liquido al estado gaseoso. Es un transito lento y silencioso, que ocurre como consecuencia de un aumento de temperatura.El proceso inverso se conoce  como condensacion (transición de gas a líquido).

 

                                                              

                                                   LIXIVIACION LIQUIDO-SOLIDO

Consiste en el tratamiento de un solido finamente molido con un liquido que disuelve  y extrae un soluto contenido en el solido

 FILTRACIÓN POR MEMBRANA

La filtración por mebrana es un método de separacion física que permite separar moléculas de diferentes tamaños y características. 

 

CAMPO DE APLICACIÓN DE LAS OPERACIONES UNITARIAS EN LA INDUSTRIA

EVAPORACIÓN

    Es el proceso por el cual una sustancia qué se encuentra en estado líquido pasa a estado gaseoso con la obtención de energía suficiente para vencer la tensión superficial, es utilizada para eliminar el vapor por la ebullición de una solución líquida para así obtener una solución concentrada.

    Es usada en las Industrias lecheras con evaporadores verticales de tubos largos un ejemplo es la empresa Nestlé la cual trabaja con estos productos lácteos Por ende usan este proceso.

DESTILACIÓN

    La destilación es una operación utilizada con mucha frecuencia para poder purificar y aislar líquidos orgánicos Y aprovechar los volátiles y puntos de ebullición de los componentes a separar.

    La destilación se aplica en todos los niveles industriales de producción desde las industrias farmacéuticas y de químicas hasta las Industrias de petróleo y producción a gran escala.

    Un ejemplo es Petroecuador industrial la cual usa con frecuencia este proceso para los derivados del petróleo.

                                                                           SECADO

    Es la separación de pequeñas cantidades de agua u otro tipo de líquidos de un material sólido con el fin de la reducción en el contenido del líquido residual hasta un valor aceptable.

        Es muy común que este proceso de secado se utilice en las etapas finales de una serie de operaciones es muy común que se use en la en las Industrias de alimentos Cómo en el secado de granos o también materiales de construcción como madera También tenemos lo que es los procesos químicos industriales los cuales son muy importantes en estos conviene el secado entre otros un ejemplo puede ser el secado de la sal la cual se pesa luego es cristalizada mediante la utilización de un túnel de aire con lo cual se elimina el exceso de humedad.

    Un ejemplo es Ecuasal que usa este proceso en su principal producto la sal

 

ABSORCIÓN

    Consiste en separar uno o más componentes de una mezcla gaseosa con la ayuda de un solvente líquido con el cual forman soluciones un soluto o varios solutos se absorben de las fases gaseosas y pasan a la fase líquida, la absorción implica una difusión molecular turbulenta o una transferencia de masa del soluto a través del gas estás no se difunde y está en reposo hacia un líquido el cual también está en reposo.

    El proceso de absorción se emplea para retirar contaminantes de una corriente producto que pueden afectar a la especificación final o grado de pureza

    En la industria, la absorción se emplea sobre todo para purificación de gases, ya sea que el gas sea un producto o un residuo del proceso. Una aplicación típica es la reducción de SO2 y CO2 en una corriente gaseosa en columnas de absorción.

ADSORCIÓN

    Esta es una operación unitaria física rígida por la transferencia de materia está consiste en la eliminación de algún componente de una fase fluida mediante un sólido que lo retiene este fluido puede ser líquido o gaseoso.

En la industria, la absorción se emplea sobre todo para purificación de gases, ya sea que el gas sea un producto o un residuo del proceso. Una aplicación típica es la reducción de SO2 y CO2 en una corriente gaseosa en columnas de absorción.

CRISTALIZACION

    Es aquel proceso por el cual se separa un componente de una solución líquida transfiriendo a la base sólida en forma de cristales que se precipitan, Este es un proceso necesario para todo aquel producto químico el cual se presenta comercialmente en forma de polvos o cristales un claro ejemplo es la azúcar o sacarosa, sal común o cloruro de sodio. 

Un ejemplo es la empresa ecuasal en la cristalizacion de sus productosE

CONCLUSIÓN

Antes de ser quimico Industrial o ingeniero quimico ya que en tiempos de antes un Quimico Industrial tenia que aprenderse de memoria todos los procesos existentes en ese momento, ya sea como eñ proceso de cementro, proceso de acero, proceso de acido sulfurico, proceso de vinagre, entre otros, ejemplo si existian 200 procesos se los tenia que aprender todo de memoria , se tenia que tener mucha agilidad de memoria, Arthur little y otras personas se les ocurrio , que en todos los procesos hay bombas, intercambiador de calor , que en muchos procesos quimicos hay flitros, torres de destilacion , reactivos quimicos, es por eso que se analizo los procesos por separado, siendo operaciones unitarias una pieza fundamental .

 

Las Operaciones Unitarias. Son la base de la industria química y de transformación de materiales y puede definirse como un área del proceso o un equipo donde se incorporan materiales, insumos o materias primas y ocurre una función determinada.

    En las Operaciones Unitarias es donde se presenta los fenómenos físicos conllevado a un producto o servicio. Por lo consiguiente es una herramienta útil para el ingeniero industrial que requiera resolver problemas que conlleven con procesos en la transformación de su estructura química a través de un proceso o un intercambio de energía del tipo de físico conducido a cualquier escala en el que se puede descomponer, para ello a la obtención de un producto o servicio se tendrá que destilar, separar, evaporar, pulverizar, secar, cristalizar, filtrar o cualquier operación unitaria que se utilice para la obtención de dicho fin.

    Además, durante las actividades cotidianas se pueden identificar muchas operaciones unitarias y, por consiguiente, los fenómenos de transporte involucrados en cada uno de ellos, por otra parte, el estudio de los fenómenos de transporte (materia, energía, cantidad de movimiento) que se transfiere en la operación y sea la más relevante en la misma.

BIBLIOGRAFÍA

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Leskow, E. C. (16 de 05 de 2021). concepto. Obtenido de concepto: https://concepto.de/transferencia-de-calor/

zarza, l. (03 de 06 de 2019). iAgua. Obtenido de iAgua:https://www.iagua.es/respuestas/que-es-destilacion-y-que-sirve

DIAPOSITIVA

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