Definici贸n de las Operaciones Unitarias 馃搶
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Estas
definiciones reflejan la idea fundamental de que las operaciones unitarias son
procesos individuales que constituyen las etapas b谩sicas en la mayor铆a de los
procesos qu铆micos y f铆sicos en la industria, y son esenciales para la
comprensi贸n y el dise帽o de estos procesos.
Clasificaci贸n de las Operaciones Unitarias馃搶
En
Ingenier铆a Qu铆mica, las etapas en donde se producen cambios netamente f铆sicos
se conocen como operaciones unitarias y donde se produce una reacci贸n qu铆mica,
procesos unitarios. Las operaciones y los procesos unitarios constituyen los
principios fundamentales de todo tipo de industrias qu铆micas y son la base de
los dise帽os de plantas qu铆micas, f谩bricas y equipos utilizados.
En base a la transferencia de materias m谩s relevantes, las
operaciones Unitarias se clasifican en:
Operaciones de transferencia de masa (materia)
Son
aquellas operaciones en la que existe un trasvase f铆sico de materia entre
dos sistemas cualquier. En este proceso se Incluyen ejemplos como:
|
Destilaci贸n |
Absorci贸n |
Extracci贸n
l铆quido - l铆quido |
Adsorci贸n |
Lixiviaci贸n s贸lido - l铆quido |
Separaci贸n
por membranas |
|
Separaci贸n de componentes de una mezcla l铆quida en base a
su diferente volatilidad |
Purificar gas de un componente poniendo en contacto con
solvente l铆quido |
Disoluci贸n de un componente de una mezcla en disolvente
selectivo |
Eliminar un componente de fase fluida mediante un s贸lido
que lo retiene |
Consiste en el tratamiento de un s贸lido finamente molido
con un l铆quido que disuelve y extrae un soluto contenido en el s贸lido. |
Este proceso implica separar un soluto de un fluido
mediante la difusi贸n de este soluto de un l铆quido o gas, a trav茅s de la
barrera de una membrana semipermeable, a otro fluido. |
Operaciones
de transferencia de calor (energ铆a)
Son aquellas operaciones en la
que existe un paso de energ铆a entre dos sistemas cualesquiera, donde el proceso
de transferencia entre dos cuerpos, por la distinta temperatura, se
denomina calor. En este proceso se Incluyen ejemplos como:
|
Evaporaci贸n |
Intercambiador
de calor |
|
La evaporaci贸n es un proceso f铆sico que consiste en el
paso lento y gradual de un estado l铆quido hacia un estado gaseoso, tras haber
adquirido suficiente energ铆a para vencer a la tensi贸n superficial. |
es un dispositivo dise帽ado para transferir temperatura
entre 2 fluidos o entre un fluido y un s贸lido que est谩 en contacto con dos
fluidos. Son elementos fundamentales en los sistemas de calefacci贸n,
refrigeraci贸n, acondicionamiento de aire, etc. |
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Operaciones
de transferencia simult谩neas
En este tipo de fen贸menos, se
produce un contacto f铆sico 铆ntimo entre los elementos o fases que se disponen
en el sistema. Cuando esas fases se unen, comienza un intercambio tanto de
energ铆a como de materia. En este proceso se Incluyen ejemplos como:
|
Cristalizaci贸n |
Secado |
Liofilizaci贸n |
Refrigeraci贸n |
|
Separaci贸n de un componente mediante la formaci贸n de
s贸lidos cristalinos en disoluciones l铆quidas |
Reducci贸n de contenido l铆quido en un s贸lido. |
Eliminaci贸n de agua de un s贸lido por sublimaci贸n |
La refrigeraci贸n es un proceso que consiste en bajar o
mantener el nivel de calor de un cuerpo o un espacio. |
Operaciones
de transferencia de cantidad de movimiento
Se refiere a la que se presenta
en los materiales en movimiento. En el caso de disponer de un sistema material
o fase, se le puede aplicar una variaci贸n en su movimiento para producir una
variaci贸n de algunos de sus componentes. Este transporte, por
cantidad de materia, cuando se pone en contacto con dos sustancias, con
distintas velocidades y debido al contacto entre estas fases, alcanza la misma
velocidad por el rozamiento de ambos fluidos, produciendo la situaci贸n de
equilibrio e igualando sus velocidades. En este proceso se Incluyen ejemplos
como:
|
Transporte de fluidos |
Fluidizaci贸n
de s贸lidos |
Filtraci贸n |
Sedimentaci贸n |
Mezclado |
|
Estudia los principios que determinan el flujo y transporte de
cualquier fluido de un punto a otro. |
La fluidizaci贸n es un proceso por el cual una corriente ascendente de
fluido se utiliza para suspender part铆culas s贸lidas. Desde un punto de vista
macrosc贸pico, la fase s贸lida se comporta como un fluido, de ah铆 el origen del
t茅rmino fluidizaci贸n. |
Proceso unitario de separaci贸n de s贸lidos en una suspensi贸n a trav茅s
de un medio mec谩nico poroso, tambi茅n llamados tamiz, criba, cedazo o filtro. |
Operaci贸n que consistente en la separaci贸n por acci贸n de la gravedad de
fases s贸lida o l铆quida de una suspensi贸n diluida para obtener una suspensi贸n
concentrada y un l铆quido claro. |
Operaci贸n unitaria cuyo objetivo es tratar a dos o mas componentes de
forma que cada unidad (part铆cula, mol茅cula,…) de uno de los componentes
contacte lo m谩s posible con las de los dem谩s. |
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Operaciones
f铆sicas complementarias
Se
llama operaci贸n complementaria a aquel tipo de operaci贸n usada en la industria
que no se incluye en los apartados anteriores. Son procesos previos a la
realizaci贸n de los anteriores, como la adecuaci贸n de algunas caracter铆sticas
necesarias para proceder a aplicar alguno de los procesos ya mencionados.
La operaci贸n complementaria es un tipo de operaci贸n utilizado para la
preparaci贸n de alg煤n tipo de muestra o como af铆n de las sustancias que son de
utilidad y necesarias para este tipo de ensayo. En este proceso se Incluyen ejemplos como:
Dentro
de este grupo se incluyen ejemplos como:
|
Trituraci贸n |
Molido - Molienda |
Tamizado |
|
Reducci贸n de tama帽o de
part铆culas de un s贸lido |
Reducci贸n de tama帽o de
part铆culas de un s贸lido |
Separaci贸n por tama帽os de part铆cula de una mezcla s贸lida |
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Campo de Aplicaci贸n de las Operaciones Unitarias en la Industria馃搶
En las industrias de procesos qu铆micos y
f铆sicos, as铆 como en las de procesos biol贸gicos y de alimentos, existen muchas
semejanzas en cuanto a la forma en que los materiales de entrada o de
alimentaci贸n se modifican o se procesan para obtener los materiales finales de
productos qu铆micos o biol贸gicos. Es posible considerar estos procesos qu铆micos,
f铆sicos o biol贸gicos, aparentemente distintos, y clasificarlos en una serie de
etapas individuales y diferentes, llamadas operaciones unitarias.
Estas operaciones unitarias son comunes
a todos los tipos de industrias de proceso. Por ejemplo, la operaci贸n unitaria
conocida como destilaci贸n se usa para purificar
o separar alcohol en la industria de las bebidas y tambi茅n para separar los
hidrocarburos en la industria del petr贸leo. El secado
de granos y otros alimentos es similar al secado de maderas, precipitados
filtrados y estopa de ray贸n. La operaci贸n unitaria absorci贸n
se presenta en la absorci贸n de ox铆geno del aire en los procesos de
fermentaci贸n o en una planta de tratamiento de aguas, as铆 como en la absorci贸n
de hidr贸geno gaseoso en un proceso de hidrogenaci贸n l铆quida de aceites.
La evaporaci贸n
de salmueras en la industria qu铆mica es similar a la evaporaci贸n de soluciones
de az煤car en la industria alimenticia. La sedimentaci贸n
de s贸lidos en suspensiones en las industrias de tratamiento de aguas y miner铆a
es una operaci贸n similar. El flujo de hidrocarburos
l铆quidos en refiner铆as de petr贸leo y el flujo de leche en una planta de
productos l谩cteos se llevan a cabo de manera semejante.
Las industrias agroalimentarias y papeleras son las usuarias m谩s importantes de los procesos de secado, que supone un consumo de m谩s del 60 % del total en dicho campo industrial.
En los
campos industriales textil, qu铆mico, cemento y materiales de construcci贸n, la
energ铆a consumida en los procesos de secado supone del 25 % al 35 % del consumo
energ茅tico total.
- Sector textil: Secado de tejidos.
- Sector minero: Operaciones extractivas y de preparaci贸n del mineral.
- Sector papelero: Fabricaci贸n de pasta, concentrado y papel.
- Sector alimentario: Preparaci贸n de az煤car, leche, cereales, forrajes
⇦ Liofilizaci贸n ⇨
 |
| Figura. Esquema general de un equipo de liofilizaci贸n |
⏩Fundamentos
Antes
de comenzar el proceso, es fundamental el acondicionamiento de la materia
prima, ya que los productos liofilizados no pueden ser manipulados una vez
completado el proceso. Para la optimizaci贸n de este proceso es fundamental
conocer y controlar:
- La temperatura en la que ocurre la m谩xima solidificaci贸n.
- La velocidad 贸ptima de enfriamiento.
- La temperatura m铆nima de fusi贸n incipiente.
Con esto se busca que el producto congelado tenga una estructura s贸lida, sin que haya l铆quido concentrado, de manera que el secado ocurra 煤nicamente por sublimaci贸n.
✅Aplicaci贸n
La
liofilizaci贸n tiene una aplicaci贸n: la conservaci贸n de libros y documentos. La
eliminaci贸n de agua que provoca este tratamiento impide el crecimiento de
microorganismos que degradan la celulosa del papel.
Industria
farmac茅utica. Ciertos antibi贸ticos, vacunas, plasma, hemoderivados, sueros,
vitaminas, extractos, leche materna, entre otros.
⇦Evaporaci贸n ⇨
 |
Figura. Evaporador de tubos cortos horizontales |
⏩Fundamentos
La evaporaci贸n es una operaci贸n unitaria que consiste en la eliminaci贸n de agua de un alimento fluido mediante vaporizaci贸n o ebullici贸n. Son varios los alimentos que se obtienen en forma de soluciones acuosas, y que para facilitar su conservaci贸n y transporte se concentran en una etapa de eliminaci贸n de agua.
✅Aplicaci贸n
En la industria, la evaporaci贸n es una
operaci贸n unitaria, en la que se extrae una sustancia liquida a trav茅s de la
adici贸n de calor, esto permite que se obtenga una soluci贸n m谩s
concentrada.
- Industria lechera: Leche entera y descremada, leche condensada, prote铆nas de la leche, mantecas, suero de queso, soluciones de lactosa, dulce de leche de producci贸n continua y discontinua.
- Industria de jugos de frutas: Leche de soja, jugo de manzana, de naranja y otros citrus, jugos de mezclas, de tomates, de zanahorias.
- Hidrolizados: Prote铆na hidrolizada, prote铆na l谩ctea hidrolizada, suero hidrolizado, molienda h煤meda de ma铆z, jarabe de glucosa, jarabe de dextrosa 42 y 55, agua de macerado.
- Industria frigor铆fica: Extracto de carne y huesos, plasma sangu铆neo.
- Extractos: Extractos de caf茅 o t茅, de carne o hueso, de malta, de levaduras.
- Industria av铆cola: Concentraci贸n de huevo entero, concentraci贸n de clara de huevo.
- Industria farmac茅utica: Es habitual la s铆ntesis de productos en el seno de un disolvente org谩nico que despu茅s debe ser eliminado.
- Industria de residuos: Se utilizan los evaporadores para la minimizaci贸n de residuos haciendo m谩s sencillo y econ贸mico su transporte y su posterior eliminaci贸n.
⇦Cristalizaci贸n ⇨
⏩Fundamentos
Es una operaci贸n unitaria en la cual se separa un componente de una soluci贸n liquida transfiri茅ndolo a la fase s贸lida en forma de cristales que precipitan. En una operaci贸n necesaria para todo producto procesado que se presente comercialmente en forma de polvos o cristales ya sea el az煤car o la sacarosa, la sal com煤n. La cristalizaci贸n es la formaci贸n de part铆culas s贸lidas a partir de una fase.
✅Aplicaci贸n
- Industria alimentaria:
- Cristalizaci贸n en la industria azucarera.
- Cristalizaci贸n de la industria salina.
- Cristalizaci贸n de las grasas.
- Cristalizaci贸n de la sacarosa en los alimentos.
- Cristalizaci贸n del hielo en los alimentos.
- Industria farmac茅utica: Obtenci贸n de aspirina.
- Industria del petr贸leo: Purificaci贸n de productos en el refino de petr贸leo.
Es muy com煤n que en
la industria se utilice la palabra destilaci贸n, puesto que es un proceso muy
utilizado, por ejemplo, en la industria vin铆cola o tambi茅n en una planta de
refinaci贸n de petr贸leo se aplica la destilaci贸n en procesos en los cuales se
desea separar un componente de una mezcla.
- Industria del petr贸leo: para generar gases ligeros, nafta, queroseno, diesel, aceite lubricante y asfalto.
- Industria de bebidas alcoh贸licas: Para separar etanol de los dem谩s productos de la fermentaci贸n de carbohidratos.
- Industria alimentaria: Extracci贸n de aceites y grasas ciclohexano y sulfuro de carbono.
- Industria de pl谩sticos y caucho: como disolvente de materias primas y de transformaci贸n de dimetilformamida, cloroformo, acetona
La lixiviaci贸n es la separaci贸n de uno o varios solutos contenidos en una fase s贸lida mediante su contacto con un disolvente l铆quido que los disuelve selectivamente, pudiendo tratarse de una simple disoluci贸n f铆sica o de una reacci贸n qu铆mica que libera absoluto de la matriz s贸lida.
- Industria alimentaria:
- Extracci贸n de az煤car de la ca帽a o remolacha.
- Fabricaci贸n de caf茅 y t茅 solubles (instant谩neos).
- Extracci贸n de aceites de semillas oleaginosas.
- Extracci贸n de componentes, tales como: Pigmentos, aceites esenciales, Pectina, gomas (carregenina, goma guar, gomaxantano).Vitaminas, col谩geno (obtenci贸n de gelatina).
- Extracci贸n de componentes no deseados: Cafe铆na, lactosa, colesterol, grasa.
- Lavado de alimentos.
 |
| Proceso de destilaci贸n del whisky |
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| Proceso de cristalizaci贸n del az煤car |
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| Proceso de caf茅 liofilizado |
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| Proceso de cristalizaci贸n del helado |
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| Proceso de la evaporaci贸n de la leche en polvo |
Conclusiones馃搶
El conocimiento de las operaciones unitarias es de suma importancia para los futuros profesionales que se desenvolver谩n en el sector industrial. Las operaciones unitarias son fundamentales en la ingenier铆a qu铆mica, procesos industriales y muchas otras disciplinas relacionadas con la producci贸n y manufactura de productos.
Base de la ingenier铆a qu铆mica: Las operaciones unitarias son el n煤cleo de la ingenier铆a qu铆mica. Comprender c贸mo funcionan y c贸mo se aplican es esencial para cualquier ingeniero qu铆mico. Estas operaciones son los bloques de construcci贸n b谩sicos de los procesos qu铆micos y proporcionan las herramientas para dise帽ar, operar y optimizar sistemas complejos.
Dise帽o de procesos: Los ingenieros que trabajan en la industria a menudo est谩n involucrados en el dise帽o de procesos de producci贸n. Esto implica seleccionar y combinar operaciones unitarias de manera eficiente para lograr los objetivos de producci贸n. Sin un conocimiento s贸lido de estas operaciones, es dif铆cil dise帽ar procesos eficientes y econ贸micamente viables.
Optimizaci贸n de procesos: La optimizaci贸n de procesos industriales es esencial para mejorar la eficiencia y reducir los costos. Conocer las operaciones unitarias permite a los profesionales identificar 谩reas donde se pueden realizar mejoras y aumentar la eficiencia del proceso.
Seguridad: La seguridad es una consideraci贸n cr铆tica en cualquier entorno industrial. Las operaciones unitarias a menudo involucran sustancias qu铆micas y procesos que pueden ser peligrosos si no se manejan adecuadamente. Comprender c贸mo funcionan estas operaciones es esencial para garantizar la seguridad en el lugar de trabajo.
Innovaci贸n: A medida que la tecnolog铆a avanza, surgen nuevas formas de realizar operaciones unitarias de manera m谩s eficiente y sostenible. Los profesionales que comprenden a fondo estas operaciones est谩n mejor posicionados para adoptar e implementar nuevas tecnolog铆as y procesos innovadores en la industria.
Sostenibilidad: En la actualidad, la sostenibilidad es una preocupaci贸n importante en la industria. El conocimiento de las operaciones unitarias permite a los profesionales encontrar formas de reducir el impacto ambiental de los procesos industriales, como la minimizaci贸n de residuos y el uso eficiente de los recursos.
Competitividad laboral: Las empresas buscan profesionales que est茅n bien preparados y que puedan contribuir de inmediato a sus operaciones. Los conocimientos en operaciones unitarias son una habilidad altamente valorada en la industria y pueden mejorar la empleabilidad de los graduados.
En resumen, el conocimiento de las operaciones unitarias es esencial para los futuros profesionales que buscan trabajar en el sector industrial. Estas operaciones forman la base de la ingenier铆a qu铆mica y son fundamentales para el dise帽o, operaci贸n y optimizaci贸n de procesos industriales. Adem谩s, tener un s贸lido conocimiento en este campo puede marcar la diferencia en t茅rminos de seguridad, sostenibilidad e innovaci贸n en la industria. Por lo tanto, es una habilidad valiosa que puede abrir muchas puertas en el mundo laboral.
Bibliograf铆as馃攷
Gonz谩lez, A. (28 de junio de 2021). lifeder.
Obtenido de lifeder: https://www.lifeder.com/operaciones-unitarias/
Mero, J. (21 de
enero de 2022). clubensayos. Obtenido de clubensayos:
https://www.clubensayos.com/Acontecimientos-Sociales/DEFINICION-DE-OPERACIONES-UNITARIAS/5438019.html
operacionesunitariasindustrial. (19 de noviembre de 2020). Obtenido de
operacionesunitariasindustrial:
https://operacionesunitariasindustrial.blogspot.com/2020/11/las-operaciones-unitarias-definiciones.html
Rojas, A. (3 de febrero de 2014). slideshare. Obtenido de slideshare: https://www.slideshare.net/acazro/operaciones-unitarias-30783593
Geankoplis, C. (Diciembre de
1998). PROCESOS DE TRANSPORTE Y OPERACIONES UNITARIAS. M茅xico: COMPA脩脥A
EDITORIAL CONTINENTAL, S.A. DE C.V.
Ort铆z, G. G. (11 de Noviembre de 2020). Tarea 2 Clasificaci贸n de Las
Operaciones Unitarias. Obtenido de SCRIBD:
https://es.scribd.com/presentation/483852200/Tarea-2-Clasificacion-de-las-Operaciones-Unitarias
S谩nchez, D. M., & Torres, M. H. (2014). UF0228: Operaciones
unitarias y proceso qu铆mico. M茅xico: IC Editorial M茅xico.
Wikipedia. (18 de Abril de 2023). Operaci贸n unitaria. Obtenido de Wikipedia: https://es.wikipedia.org/wiki/Operaci%C3%B3n_unitaria
Gomis, A. M. (2003). Introducci贸n a las operaciones de separaci贸n C谩lculo por etapas de equilibrio. Universidad de Alicante.
Medina, L., Caballero, T., Pacheco, M., Carre帽o, L., Lozada, M., Paz, H.,
& Montesino, S. (2019). OPERACIONES UNITARIAS II. Barrancabermeja:
Instituto Universitario de la Paz – UNIPAZ.
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