Operaciones Unitarias. Operaciones de transferencia de materia

OPERACIONES UNITARIAS

Los procesos químicos, en general, y cada operación unitaria en particular, tienen como objetivo modificar las condiciones de una determinada cantidad de materia en forma más útil para nuestros fines.  Este cambio puede hacerse por tres caminos: modificando su masa o composición,  modificando el nivel o calidad de la energía que posee y modificando  su condición de movimiento.  Estos son los tres cambios posibles y a cada uno le corresponde una ley de conservación: conservación de la materia, conservación de la energía y conservación de la cantidad de movimiento.

El conjunto de operaciones unitarias se clasifica según la propiedad que se transfiera en la operación y sea más  relevante en la misma. [1]

Tipos

Operaciones de transferencia de materia

Las operaciones unitarias de ese tipo transfieren masa mediante un mecanismo de difusión. En otras palabras: la materia prima se somete a un sistema que genera una variación de concentración del componente que se desea extraer o separar. Un ejemplo práctico es el considerar la extracción de un aceite natural a partir de unas semillas.

Debido a que los aceites son de naturaleza esencialmente apolares, estos pueden extraerse con un solvente apolar (como el n-hexano), el cual baña a las semillas pero no reacciona (teóricamente) con ninguno de los componentes de su matriz (cáscaras y nuez). [2]

Operaciones de transferencia de calor

Aquí, el calor se transfiere desde el cuerpo que está más cálido hacia el cuerpo que está más frío. Si la materia prima es el cuerpo frío y es indispensable elevar su temperatura para, por ejemplo, disminuir su viscosidad y facilitar un proceso, entonces se le somete a contacto con un flujo o superficie calientes.

No obstante, estas operaciones van más allá de una “simple” transferencia de calor, ya que la energía puede transformarse también en cualquiera de sus manifestaciones (luz, eólica, mecánica, eléctrica, etc.). Un ejemplo de lo anterior puede apreciarse en las plantas hidroeléctricas, en donde se aprovechan las corrientes de agua para generar electricidad. [2]

Operaciones de transferencia de masa y energía simultáneamente

En este tipo de operaciones ocurren los dos fenómenos anteriores al mismo tiempo, transfiriéndose masa (gradiente de concentración) ante un gradiente de temperatura. Por ejemplo, si se disuelve azúcar en una olla con agua y después se calienta el agua, al dejarse enfriar lentamente ocurre la cristalización del azúcar. [2]

Aquí ocurre una transferencia del azúcar disuelto hacia sus cristales. Esta operación, conocida como cristalización, permite la obtención de productos sólidos con un alto grado de pureza. Otro ejemplo consiste en el secado de un cuerpo. Si una sal hidratada se somete al calor, liberará el agua de hidratación en forma de vapor. Esto produce nuevamente un cambio en la concentración másica del agua en la sal a medida que esta incrementa su temperatura. [2]

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Ejemplo

Destilación[pic 3]

La destilación consiste en la separación de los componentes de una mezcla líquida en función de sus volatilidades o puntos de ebullición. Si A y B son miscibles y forman una solución homogénea, pero A ebulle a 50 ºC y B a 130 ºC, entonces A puede destilarse de la mezcla a través de una destilación simple.

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