OPERACIONES BASICAS

OPERACIONES BASICAS

INTRODUCCION

En las industrias de procesos químicos y físicos, así como en las de procesos biológicos y de alimentos, existen muchas semejanzas en cuanto a la forma en que los materiales de entrada o de alimentación se modifican o se procesan para obtener los materiales finales, de salida o productos. Es posible considerar estos procesos químicos, físicos o biológicos, aparentemente diferentes, y clasificarlos en una serie de etapas individuales y diferentes llamadas " Operaciones Unitarias", siempre y cuando las transformaciones sean a nivel macroscópico. Estas operaciones unitarias son comunes a todos los tipos de industrias de proceso.

Un proceso puede ser cualquier conjunto de etapas u operaciones unitarias que apliquen modificaciones de la composición química o ciertos cambios físicos en el material que se va a preparar, aislar, mezclar, procesar, separar o purificar.

Ya que cada una de las etapas que constituyen un proceso se encuentra sujeta a variaciones, el encargado del proceso debe especificar también las condiciones exactas bajo las cuales debe llevarse a cabo cada etapa.

Todo el trabajo del analista debe ser cuantitativo y por ello, la Matemática constituye una herramienta fundamental. Los cálculos para el balance de materia, que es fundamental para el estudio de cualquier proceso puede expresarse por lo general, con confianza y precisión, en términos de Matemática lineal si no se consideran los procesos atómicos y nucleares.

En los estudios económicos para determinar qué condiciones de operación son más rentables y al contabilizar las ventas y la distribución del ingreso en costos y ganancias, incluyendo el reemplazo de la planta, los cálculos matemáticos son universales.

CONCEPTOS BÁSICOS

EQUILIBRIO

Existe para todas las combinaciones de fases, una condición llamada "equilibrio", para la cual el intercambio neto de "propiedades" (por lo general, masa o energía en los procesos químicos), es igual a cero y para todas aquellas combinaciones que no se encuentren en equilibrio, la diferencia de concentración de alguna de sus propiedades entre la que tiene en la condición existente y la que tendría en la condición de equilibrio, constituye una fuerza motriz o una diferencia de potencia, que tiende a alterar el sistema, haciéndolo tender hacia el equilibrio.

PATRONES DE FLUJO

En muchos de los procesos en los que se trasfiere energía o materia de una fase a otra, es necesario poner en contacto dos corrientes a fin de permitir que las fases tiendan al equilibrio de energía, materia o ambas. La transferencia puede llevarse a cabo con las dos corrientes fluyendo en la misma dirección -flujo paralelo- o por el contrario, las corrientes pueden fluir en direcciones opuestas, - flujo a contracorriente-.

OPERACIONES CONTINUAS E INTERMITENTES

Una operación continua es aquella en la cual el equipo opera de forma continua y estable y por lo tanto a medida que se alimenta materia prima al proceso se está obteniendo y saliendo el producto sin que exista cambio en la cantidad de materia dentro del equipo; una operación intermitente -discontinua o batch- es aquella en la cual se alimenta de una sola vez la materia prima al proceso y el producto se retira igualmente de un sólo sin que existan entradas o salidas parciales de materiales.

OPERACIONES UNITARIAS

Los procesos químicos pueden consistir en diversas secuencias de etapas, cuyos principios son independientes del material en proceso y de las características del sistema en particular. Algunas de las etapas consisten en reacciones químicas, mientras que otras son cambios físicos, la versatilidad del análisis de procesos consiste en la facilidad y capacidad para la descomposición de procesos complejos en etapas físicas individuales, las cuales reciben el nombre de "operaciones unitarias" y hacia las reacciones químicas.

Por ejemplo, la operación unitaria conocida como destilación se usa para purificar o separar alcohol en la industria de las bebidas así también para separar hidrocarburos en la industria del petróleo. El secado de granos y otros alimentos es similar al secado de maderas, precipitados filtrados y estopa de rayón.

La operación unitaria "absorción" se presenta en la absorción de oxígeno del aire en los procesos de fermentación o en una planta de tratamiento de aguas negras, así como en la absorción de hidrógeno gaseoso en un proceso de hidrogenación líquida de aceites.

La evaporación de soluciones salinas en la industria química es similar a la evaporación de soluciones de azúcar en la industria alimenticia.

El flujo de hidrocarburos líquidos en refinerías de petróleo y el flujo de leche en una planta de productos lácteos se llevan a cabo de manera semejante.

Las operaciones unitarias estudian principalmente la transferencia y los cambios de energía, transferencia y cambios de materiales que se llevan a cabo por medios físicos así como también por medios fisicoquímicos.

CONSIDERACIONES GENERALES

La comprensión de los principios físicos de una operación y la formulación de esos principios en una expresión matemática, son los primeros requerimientos para la aplicación de los principios de las operaciones unitarias. En la práctica del análisis de procesos siempre deben incorporarse valores numéricos a fin de detener una respuesta práctica.

CLASIFICACION DE LAS OPERACIONES UNITARIAS

1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que determinan el flujo y transporte de los fluidos de un punto a otro.

2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria concierne a los principios que gobiernan la acumulación y transferencia de calor y de energía de un punto a otro.

3. Evaporación. 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 de material en solución.

4. Secado. Separación de líquidos volátiles, por lo general agua, de los materiales sólidos.

5. Destilación. Separación de los componentes de una mezcla líquida por medio de una ebullición basada en las diferencias de presión de vapor.

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

7. Extracción Líquido-líquido. En este caso, el soluto de una solución líquida se separa poniéndolo en contacto con otro disolvente líquido que es relativamente inmiscible en la solvente original y en el cual el soluto es más soluble.

8. Lixiviación Líquida-Sólido. Consiste en el tratamiento de un sólido finamente molida con un líquido que disuelve y extrae

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