OPERACIONES UNITARIAS

                        Definición de las Operaciones Unitarias 

Operaciones Unitarias según Adriana Gonzales:

Una Operación Unitaria puede involucrar cambios tantos físicos como químicos. Estos cambios pueden ser muy variados e ir desde algo tan simple como el secado de un producto solido, hasta una reacción controlada de polimerización catalizada en un reactor químico.

Cuando en las industrias se requiere prepararse o sintetizar algún producto a partir de materia prima por medio de un proceso largo y complicado, resulta conveniente dividir este proceso en etapas individuales que involucran un solo cambio o transformación se denominan Operaciones Unitarias.

La Ingeniería Química se basa en las Operaciones Unitarias. De hecho, la forma en que estas se relacionan entre sí y los equipos que se utilizan en ellas, en que estas se relacionan entre sí y los equipos que se utilizan en ellas, proporcionan la base para el diseño, construcción y control de las plantas químicas 

Operaciones Unitarias según el libro de "Operaciones Unitarias y Reactores Químicos" publicada por Vicenta Muñoz y Ángel Maroto

Las piezas que ensambladas forman los complejos industriales, constituyen la base de un estudio ordenado de la Ingeniería Química. Generalmente, en ellas se provocan cambios en el material de partida, que puede provenir del medio como son materias primas (agua, aire, madera, minerales, vegetales, animales entre otros) o que pueden tener su origen en los productos obtenidos en otras industrias. En el cual dichos cambios van a ser generados por la existencia de fenómenos de transporte, como lo son el transporte de energía (Transferencia de calor), transporte de materia (Transferencia de masa) y transporte de cantidad de movimiento (Mecánica de fluidos). Así, los cambios provocados son de naturaleza física y pueden provocar un intercambio de materiales, dando lugar a las operaciones de evaporación, cristalización, destilación, extracción, etc. 

Además de operaciones físicas en los procesos industriales  se realizan operaciones químicas, que provocan el cambio en la naturaleza de las materias primas, productos elaborados y mezclas, dando lugar a procesos tales como la oxidación, combustión, nitración, etc. Que también se conocen con el nombre de procesos unitarios.

 Clasificación de las Operaciones Unitarias 

Operaciones por Transferencia de Masa 

Son operación de separación de los componentes de una mezcla, que generalmente forman parte de un proceso química. Se caracterizan por transferir una sustancia a través de otras a escala molecular 

        * Destilación: Separación de los componentes de una mezcla liquida por medio de la ebullición  basado en las diferencias de presión de vapor.

        *Absorción: En este proceso se separa un componente gaseoso de una corriente por tratamiento con un líquido.

Proceso de absorción de H2S 

        *Extracción: Basada la disolución de uno o varios de los componentes de una mezcla (liquida o que formen parte de un sólido) en un disolvente selectivo. 

Extracción de CO2

        *Adsorción e Intercambio Iónico: La adsorción y el intercambio iónico son operaciones de transferencia de materia, en las que un soluto contenido en una fase fluida se transfiere hacia un fase solida, bien por retención en su superficie o por reacción con el sólido.

Los fenómenos de transferencia de masa son comunes en la naturaleza e importantes en todas las ramas de la ingeniería.

 Ejemplos 1: La remoción de materiales contaminantes de las corrientes de descarga de los gases y aguas contaminadas

 Ejemplo 2: la difusión de neutrones dentro de los reactores nucleares

Operaciones por Transferencia de Calor

 La transferencia de calor se produce siempre que existe un gradiente térmico o cuando dos sistemas con diferentes temperaturas se ponen en contacto. El proceso persiste hasta alcanzar el equilibrio térmico, es decir, hasta que se igualan las temperaturas.

        *Evaporación: Este es un caso especial de transferencia de calor, que estudia la evaporación de un disolvente volátil (como el agua), de un soluto no volátil como la sal o cualquier otro tipo material en solución.

Ejemplo 1:  Al hervir agua, ocurren varios procesos térmicos o de transferencia calórica, como la condensación, ebullición y evaporación.  Seguidamente, el recipiente de agua en el caso metálico puede entrar en contacto con el fuego (mediador térmico) y cambiar las propiedades físicas del líquido.  Al estar expuesto a grandes temperaturas, ocurre la evaporación, que transforma el cuerpo líquido en un gas.

Ejemplo 2: El vapor puede empañar los vidrios si existe agua caliente en la ducha, esto se debe al gradiente de temperatura en el líquido. 

Operación  de separación físico-mecánicos

Muchas operaciones unitarias de la ingeniería química involucran partículas solidas, así como fluidos. Con frecuenciales los solidos son parte integral del material que se está procesando.

            *Filtración: Se denomina filtración al proceso de separación de partículas sólidas de un líquido utilizando un material poroso llamado filtro

Filtración de agua subterráneas 

             *Precipitación y Sedimentación: Las particulas se separan del fluido debido a las fuerzas gravitacionales que actúan sobre las particulas de tamaños y densidades diferentes. 

Ejemplo 1: Filtrado del café molido del café

Ejemplo 2: Tratamientos de aguas residuales

Campo de Aplicación de las Operaciones Unitarias en la Industria 

En el proceso de Destilación , esta operación se aplica en todos los niveles industriales de producción , desde la aplicaciones en Industria Farmacéuticas y Química hasta la Industria del Petróleo y Producción a gran escala. Por ejemplo las mas comunes es en la obtención de alcohol carburante, así como la producción de gasolina y similares 

El proceso de Secado , esta operación tiene una aplicación común en la industria de alimentos, así como el secado de granos o madera, los cuales tienen un gran contenido de humedad en ellos 

El proceso de Adsorción, tiene aplicaciones mas conocidas en la extracción de humedad del aire comprimido, también está presente en la industria alimentaria en la decoloración tanto en la azucarera como de aceites, en potabilización del agua, depuración de aguas residuales, eliminación de olores de gases industriales y desulfuración del gas natural

El proceso de Cristalización,  es una operación necesario para todo producto químico que se presenta comercialmente en forma de polvos o cristales, ya sea el azúcar o sacarosa, la sal común o cloruro de sodio 

El proceso de Filtración se utiliza en la industria farmacéutica, para procesos de aguas residuales, industria alimenticia. También se aprecia en la eliminación del amoniaco y los nitritos del agua 

Extracción de Aceites Esenciales: 

Descripción del proceso: El vapor de agua se inyecta desde una caldera externa por medio de tubos difusores, ubicados en la parte inferior de la masa vegetal que se coloca sobre una parrilla interior de un tanque extractor.

El vapor de agua provoca que los aceites esenciales se difundan desde las membranas de la célula hacia fuera. Los vapores de agua y aceite esencial que salen, se enfrían hasta regresar a la fase liquida, y se separan en un decantador.

CONCLUSIONES 

Como hemos visto a lo largo de nuestra exposición los fundamentos o principio de las operaciones unitarias son las leyes físicas y químicas elemental. Donde nos dice que las operaciones unitarias constituyen en la trama de la industria.

Cuando hablamos de operaciones unitarias muchos pensaríamos que no tiene nada que ver en la industria, pero es todo lo contrario dado que en la industria vamos a ver diferentes reacciones químicas y físicas; al igual que vemos incluido balance de materia que es parte química y parte de termodinámica para poder saber qué tipo de esfuerzo se realiza en cada momento de los diferentes sistemas.

Nosotros como futuros ingenieros industriales debemos manejar a plenitud todas estas variantes para elegir la opción que mejor nos favorezca y no solo nos genere más ingresos, sino que también nos proporcione una mejor ejecución en todos los procesos a realizar 

Informe

Presentación  

Video

Bibliografía 

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Delgado, D. (29 de Julio de 2020). Munters. Obtenido de https://www.munters.com/es/Areas-de-conocimiento/industrial-drying/

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Muñoz, V., & Maroto, A. (2013). Operaciones unitarias y reactores químicos. Obtenido de https://elibro.net/es/ereader/uleam/48624

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