8/16/2019 Invest 1 402

1/12

Universidad de Guayaquil

Facultad de Ingeniería Química Carrera de Ingeniería Química

OPERACIONES UNI ARIAS !"#$%

Investigaci&n ' () Operaciones y Procesos Unitarios

Fec*a de Entrega) +i,rc-les $# de +ay- del $#(.

Estudiante) /issette Castill- Cri-ll-0

Nivel)

" t- 123

Facilitad-r)

Ing0 /uis 2-nilla A4arca

Guayaquil 5 Ecuad-r

$#(. 5 $#(6

8/16/2019 Invest 1 402

2/12

Investigación # 1

Concepto de operación unitaria

Se llama operación unitaria a una parte indivisible de cualquier proceso de transformación dondehay un intercambio de energía del tipo de físico , de una materia prima en otro producto decaracterísticas diferentes.

Se entiende que los procesos de transformación en general y las operaciones unitarias, en loparticular, tienen como objetivo el modificar las condiciones de una determinada cantidad demateria en forma más útil a nuestros fines.

Esta transformación puede realizarse de distintas formas: modificando la masa o composicióndel cuerpo primario ya sea mezclándolo, separándolo o haciéndolo reaccionar químicamente;modificando la calidad de la energía que posee el cuerpo en cuestión, ya sea por enfriamiento,vaporización, aumento de presión; modificando las condiciones relativas a la cinética del cuerpoprimario, ya sea aumentando o disminuyendo su velocidad o modificando la dirección que tieneen el espacio

Concepto de proceso unitario

Son cambios químicos que se realizan en todas las industrias donde son necesarios, y ellospueden ser estudiados también en forma unitaria, sin tomar en cuenta la industria en la cual serealicen, excepto para las modificaciones características de los materiales que se emplean o delos productos resultantes.

Los procesos unitarios presentan semejanzas y disparidades entre sí, pero las similitudes sonaparentes y no se pueden tratar de una manera genérica como se hace con las operacionesunitarias.

Operaciones unitarias básicas1. Transporte de fluidos

Concepto: Es el movimiento continuo y forzado de líquidos o gases a través de conduccionesfijas que forman un circuito de fluidos, el cual consta de elementos funcionales, como bombas,compresores, válvulas, cuyas características vana depender de la función a que se destine.

Equipo Utilizado : Los equipos que más se utilizan para este proceso son las bombas y loscompresores. Se habla de bombeo cuando el fluido es un líquido y de compresión o ventilacióncuando el fluido es un gas.

Industria Aplicada: Aplicaciones a laextracción de vapor en suelo.

8/16/2019 Invest 1 402

3/12

2. Transferencia de calor

Concepto: El transporte de calor por conducción o secadores indirectos son más apropiadospara productos finos o sólidos muy húmedos (líquidos, pastosos o viscosos) el calor deevaporización se proporciona a través de superficies calentadas (en reposo o en movimiento)colocadas directamente en contacto con el material a secar.

Equipo Utilizado : Intercambiadores de calor de doble tubo, intercambiador de calor de carcasay tubo, intercambiador de calor por grafito.

Industria Aplicada: Dentro de una instalación, en los intercambiadores de calor se dan variosprocesos a la vez como consecuencia de que se emplea la refrigeración de unos para elcalentamiento de otros (se minimiza el gasto de energía). También se emplean enrefrigeraciones en industrias petroquímicas.

3. Generación de calor (caldero)Concepto: La generación de vapor es el proceso mediante el cual se produce vapor a presionespor encima de la atmosférica, a partir de la energía de un combustible, o de energía eléctrica. Seemplea de preferencia cuando se habla de calderas de una cierta importancia, si la calderapropiamente dicha está conectada a otros, de los cuales unos calientan el agua.Equipo Utilizado: El generador de vapor consta de la caldera (vaporizadores), así como delrecalentador, recalentador intermedio, precalentador del agua de alimentación (economizador) yprecalentador de aire.

Industria Aplicada:• Generación de fuerza motriz mecánica, por máquinas de vapor.• Generación de fuerza motriz mecánica por turbinas.• Generación de energía eléctrica por turbinas.

8/16/2019 Invest 1 402

4/12

4. EvaporaciónConcepto: Paso de una sustancia del estado líquido al de vapor, a una temperatura inferior a lade ebullición y tiene lugar solo en la superficie del líquido además de que se produce en formagradual.

Equipo Utilizado: El tipo de equipo usado depende tanto de la configuración de la superficie

para la transferencia de calor • Evaporador vertical con circulación natural• Evaporador vertical de tubos largos• Evaporador de tubos horizontales, simulación natural• Evaporador solar de artesa abierta• Evaporadores de caída de película• Evaporadores de circulación forzada• Evaporadores de película agitada• Marmita abierta o artesa

Industria Aplicada:• Extractos de café o té,• De malta o levaduras

5. Humidificación y deshumidificación

Concepto: La humidificación es una Operación unitaria de transmisión simultánea de materia yenergía. Al poner en contacto aire seco frío con agua caliente se transfiere vapor de aguadesde el líquido al aire, debido a que la presión parcial del vapor de agua en el aire es menorque la que le correspondería en la saturación.

La deshumidificación es una operación que consiste en reducir la cantidad de vapor presente enuna corriente gaseosa, mediante una condensación parcial del vapor, que se separa.

Equipo Utilizado: Cámaras de aspersión, torres de enfriamiento, torres de circulación natural,torres de tiro mecánico, torres de platos, tanques de roció, torres empacadas, columnas delavado.

Industria Aplicada: La principal aplicación de lahumidificación y de la deshumidificación es en elacondicionamiento de aire y en el secado degases.Acondicionamiento de corrientes de aire, paramodificar sus condiciones de humedad ytemperatura.

8/16/2019 Invest 1 402

5/12

6. Absorción de gasesConcepto: Es una operación unitaria directa gas-líquido que consiste en separar el o los solutosdeseados contenidos en una corriente gaseosa, mediante el contacto con un solvente líquidoapropiado seleccionado previamente en base a su capacidad de disolver el o los solutos, en unequipo llamado absolvedor cuya forma y estructura se elige en función de las circunstanciasparticulares y depende de la creatividad del diseñador.

Equipo Utilizado: El componente de uso habitual es la torre empacada.

Industria Aplicada: • Disminución de SO2 en gases de combustión.• Eliminar aminas, mercaptanos, óxido de

etileno, alcoholes, fenol, formaldehído, ácidoacético, etc.

• Eliminar olores, humos y otros componentestóxicos

7. Extracción liquido-liquidoConcepto: Es un proceso químico empleado para separar una mezcla utilizando la diferencia desolubilidad de sus componentes entre dos líquidos inmiscibles o parcialmente miscibles (por

ejemplo, agua y cloroformo, o éter etílico y agua).

Equipo Utilizado:• Columnas de relleno: han de utilizarse en contracorriente. Por arriba alimentación y por

abajo disolvente.• Columnas pulsadas horizontales: suelen tener placas perforadas.• Columnas pulsadas: dotadas de movimiento de agitación, es decir, columnas girando

alrededor de ellas.• Tanques agitadores: mezcladores combinados con decantadores que se colocan a

continuación.

Industria Aplicada:• En la industria del petróleo para la

extracción del asfalto mediantepropano líquido.

8/16/2019 Invest 1 402

6/12

8. LixiviaciónConcepto: También conocida como extracción sólido-líquido, es un proceso en el que undisolvente líquido pasa a través de un sólido pulverizado para que se produzca la disolución deuno o más de los componentes solubles del sólido. Es un proceso por el cual se extrae uno ovarios solutos de un sólido, mediante la utilización de un disolvente líquido. Ambas fases entranen contacto íntimo y el soluto o los solutos pueden

difundirse desde el sólido a la fase líquida, lo que produceuna separación de los componentes originales del sólido.

Industria Aplicada:• obtención de aceites y grasas animales y

vegetales.• Obtención de azúcar a partir de la remolacha.• Obtención de extracto de materia vegetal y

animal.

9. AdsorciónConcepto: Es un proceso donde un sólido se utiliza para eliminar una sustancia soluble del agua.En este proceso el carbón activo es el sólido. El carbón activo se produce específicamente paraalcanzar una superficie interna muy grande (entre 500 - 1500 m 2 /g). Esta superficie internagrande hace que el carbón tenga una adsorción ideal.Industria Aplicada: En la eliminación de olores, decoloración de líquidos. Para recuperardisolventes contaminantes

8/16/2019 Invest 1 402

7/12

10. DestilaciónConcepto: Separación de los componentes de una mezcla liquida por vaporización de la misma.Al calentar primero se desprenden los componentes más volátiles y va quedando un residuolíquido constituido por las sustancias de punto de ebullición más alto.Equipo Utilizado:

Industria Aplicada:• En la industria alimentaria, como laeliminación de la cafeína de los granos de café yla producción de agua destilada.• En la industria alimentaria, como laeliminación de la cafeína de los granos de café yla producción de agua destilada.

11. SecadoConcepto: Operación unitaria física regida por la transferencia simultánea. Su objetivo es reducirel contenido de agua de un sólido El término secado indica la disminución de la humedad delsólido.

Industria Aplicada:• Conservación y estabilidad de productos animales y vegetales para disminuir el

crecimiento de hongos y bacterias.• Procesos de granulación húmeda (elaboración de cápsulas, polvos o tabletas).• Producción de algunos materiales (hidróxido de aluminio, lactosa seca y extractos en

polvo).

Equipo Utilizado: Secador

8/16/2019 Invest 1 402

8/12

12. Agitación y mezclaConcepto: La agitación, es una operación química que consiste en crear movimientosturbulentos en un fluido mediante dispositivos mecánicos que actúan sobre los agitadores. Laagitación se refiere a forzar un fluido por medios mecánicos para que adquiera un movimientocirculatorio en el interior de un recipiente.

Industria Aplicada:Las industrias que emplean ampliamente el mezclado destacan aquellas que manejan materialesviscosos. Algunas de las más importantes son las industrias de polímeros, de alimentos, defermentación, farmacéutica y de cosméticos.

Equipo Utilizado: Mezclador

13. Clasificación (tamizado)Concepto: El Tamizado es un método físico para separar mezclas. Consiste en hacer pasar unamezcla de partículas sólidas de diferentes tamaños por un tamiz. Las partículas de menor tamañopasan por los poros del tamiz atravesándolo y las grandes quedan retenidas por el mismo.

Industria Aplicada:• Sal fina y pedazos de roca• Cantos rodados, etc...• Industria harinera• Industria salinera

Equipo Utilizado:

8/16/2019 Invest 1 402

9/12

14. SedimentaciónConcepto: Consiste en la separación, por la acción de la gravedad, de las partículassuspendidas cuyo peso específico es mayor que el del agua. Es una de las operaciones unitariasmás utilizadas en el tratamiento de las aguas residuales. Los términos sedimentación ydecantación se utilizan indistintamente.

Equipo Utilizado: Desarenador: diseñado para que se sedimenten y retengan solo partículasmayores de un cierto diámetro nominal y en general de alto peso específico (arena);sedimentadores o decantadores, normalmente utilizados en plantas de tratamiento de aguapotable, y aguas residuales o servidas; presas filtrantes: destinadas a retener los materialessólidos en las partes altas de las cuencas hidrográficas.

Industria Aplicada:• Eliminación de las arenas del agua residuales.• Se presenta en las

instalaciones de tratamientobiológico.

15. FiltraciónConcepto: Es una operación unitaria de separación, Consiste en la separación de un sólido deun fluido por acción de un medio filtrante y un gradiente de presión.

Equipo Utilizado:• Filtro de arena: La filtración por lecho de arena permite obtener un agua de gran calidad.• Filtro de carbón activo: las partículas son retenidas por un lecho filtrante de silex y

antracita.• Filtros prensa (discontinuo de presión): En estos se coloca una tela o una malla sobre

placas verticales, de manera tal que sean los bordes los que soporten a la tela.• Ultrafiltración: Es una operación de separación que comparte características de una

filtración común y de la ósmosis inversa.

Industria Aplicada: Se utiliza en la industria farmacéutica, paraprocesos de aguas residuales, industriaalimenticia, también se aprecia en laeliminación del amoniaco y los nitritos delagua.

8/16/2019 Invest 1 402

10/12

16. CribadoConcepto: E s un proceso mecánico que separa los materiales de acuerdo a su tamaño departícula individual. Esto se cumple proporcionando un movimiento en particular al medio decribado, el cual es generalmente una malla o una placa perforada, esto provoca que las partículasmás pequeñas que el tamaño de las aberturas (del medio de cribado) pasen a través de ellascomo finos y que las partículas más grandes sean acarreadas como residuos

Equipo utilizado:Se usa principalmente la criba. Una criba es un simple dispositivo formado por un enredadoconstruido de barras, normalmente inclinadas, a través de las que se pasa el material.

Industria Aplicada: • El cribado es necesario en aplicaciones que requieren clasificar el material por tamaño,

ya sea para dirigirlo a la siguiente etapa del proceso o para sacarlo del mismo.• Análisis granulométrico de los productos de los molinos para observar la eficiencia de

éstos y para control de molienda de diversosproductos o materias primas.

• Se utiliza para los materiales gruesos en

terrenos de construcción robusta.

17. CristalizaciónConcepto: Proceso físico por el cual un cuerpo adquiere la estructura cristalina. Puede realizarsepor sublimación por fusión y posteriormente por enfriamiento de la masa fundida o porevaporación gradual del disolvente en una solución saturada.

Equipo Utilizado:• Cristalizador de refrigeración por contacto directo.• Cristalizador de tubo con raspadores.• Cristalizador Oslo.• Cristalizador por evaporación.• Cristalizador tipo Swenson Walker.• Cristalizador tipo tanque agitado con serpentines.

Industria Aplicada:• Cristalización de sacarosa en las industrias azucareras.• Obtención de aspirina• Purificación de productos en el

refino del petróleo

8/16/2019 Invest 1 402

11/12

18. CentrifugaciónConcepto: Procedimiento de separación de líquidos mezclados o de partículas sólidas ensuspensión en un líquido por efecto de una fuerza centrífuga.

Equipo Utilizado: La centrífuga, en el cual se colocan tubos de ensayo que contienen la mezcla;la centrífuga gira con tal velocidad que separa el sólido y lo deposita en el fondo del tubo. Luego

se efectúa una filtración o una decantación. Este procedimiento, es muy útil cuando el sólido queestá disuelto en el líquido es muy fino y no sedimenta.

Industria Aplicada:• Desnatado de la leche• La centrifugación se utiliza para separar

partículas en suspensión en el seno de un líquidoo partículas en disolución, siendo éste el casodonde se encuentran más aplicaciones.

19. Desintegración (Molienda)Concepto: La molienda es un proceso que persigue extraer jugos de diversos productos de latierra como la caña de azúcar o la uva. El término molienda es de uso común, se refiere a lapulverización y a la dispersión del material sólido. Pueden ser granos de cereal, uva, aceitunas,etc. en productos de alimentación. Aunque también pueden ser piedras o cualquier otro materialsólido.

Equipo Utilizado:El principal equipo utilizado en la molienda es el molino; los más usados son los siguientes:

• Molino de bolas• Molino de discos• Molino de rulos y muelas

Industria Aplicada:Se utiliza fundamentalmente en la fabricación de cemento, en la preparación de combustiblessólidos pulverizados, molienda de escorias,fabricación de harinas, alimentos balanceados,etc.

8/16/2019 Invest 1 402

12/12

20. Manejo de ProductosConcepto: Es un sistema o combinación de métodos, instalaciones, mano de obra yequipamiento para transporte, embalaje y almacenaje para corresponder a objetivos específicos.El manejo de material no se limita solo al movimiento, si no al embalaje, manipulación, transporte,ubicación y almacenaje teniendo en cuenta el tiempo y el espacio disponibles. Se debe poseerde un buen apoyo logístico y conocer todos los instrumentos y maquinarias precisas para el

desempeño de estas funciones. Industria Aplicada:

Aplicación a todo nivel industrial.

Equipo Utilizado:

TRABAJOS CITADOS

• http://es.wikipedia.org/wiki/Operaci%C3%B3n_unitaria

• http://es.slideshare.net/chicosolitario2000/operaciones-unitarias-y-procesos-unitarios

• Apuntes de Cálculo de Ingeniería II (Tercer Año)