martes, 12 de julio de 2022

Transferencia de Masa y sus Aplicaciones

 Extracción

1.  Definición

Extracción

La extracción es una técnica para separar y purificar un compuesto basada en la transferencia selectiva de un compuesto de una mezcla sólida o líquida a una fase líquida (generalmente un solvente orgánico). El éxito de la técnica depende principalmente de la diferencia de solubilidad del solvente de extracción, el compuesto deseado y otros compuestos presentes en la mezcla original.

Se emplea para el aislamiento de sustancias disueltas en soluciones o en mezclas sólidas o también para remover impurezas solubles en mezclas de compuestos. Constituye una de las técnicas de separación más utilizada en el laboratorio químico.

Definimos EXTRACCIÓN como la separación de un componente en el seno de una mezcla por la acción de un solvente, selectivamente. (Pochteca, 2020)

El intercambio de uno o más componentes entre diferentes fases, es decir, la transferencia de una o más sustancias de una fase a otra, se denomina transferencia de masa.

Un ejemplo de separación por transferencia de masa es la extracción de una sustancia de un sólido disolviéndola en un líquido. (Arqhys, 2011)

2.    Esquema 

Extractore Columna Scheibel




3. Clasificación

Tipos de extracción

Según el solvente

Podemos hallar 2 tipos de extracción dependiendo del solvente utilizado.

Extracción con solvente inerte: Cuando el solvente no altera la estructura del compuesto a extraer. 

Extracción con solvente activo: Cuando el solvente genera reacciones reversibles del tipo ácido-base.

Extracción con solvente inerte: Los compuestos orgánicos son generalmente más solubles en solventes orgánicos que en agua, de modo que pueden extraerse de sus soluciones acuosas, usando solventes orgánicos no miscibles con el agua

Extracción continua: En algunas ocasiones se encuentran que hay sustancias que no se pueden extraer de sus soluciones acuosas aún después de intentar con efecto salino. En este caso se utiliza un aparato de extracción continua en vez de ampolla de decantación.

Extracción con solvente activo: Para separar una mezcla, se puede emplear una extracción con solventes activos. Un solvente activo, produce alguna transformación en los componentes de la mezcla a separar, esto es, que reaccione químicamente con uno o varios componentes de la mezcla disuelta en un solvente dado. Esta reacción química debe poseer la característica de ser fácilmente reversible, de manera de regenerar los componentes originales. Los solventes activos que se emplean son: soluciones de ácidos o de bases, que reaccionan químicamente con los componentes básicos o ácidos de la mezcla respectivamente, formando sales, solubles en medio acuoso como se muestra en el siguiente esquema de reacción.


 4. Aplicación en la Industria

La implantación de la operación de extracción líquido-líquido a gran escala en procesos industriales fue más tardía que el resto de operaciones, destilación y absorción. Sin embargo la importancia del proceso de extracción líquido-líquido ha ido en aumento debido a la creciente demanda de productos sensibles a la temperatura, mayores requerimientos de pureza, equipos más eficientes y la disponibilidad de disolventes más selectivos.

Por otro lado, se suele preferir la aplicación del proceso de extracción a la destilación en los siguientes casos:

  •   Sí existen sustancias inorgánicas complejas disueltas en soluciones orgánicas o acuosas.
  •     Sí es preciso retener un componente que se encuentra en una concentración muy pequeña en la recuperación de sustancias sensibles a la temperatura.
  •      Sí la separación se basa más en la naturaleza de las sustancias que en su distinta volatilidad.
  •       Sí la mezcla posee puntos de ebullición o de fusión muy próximos.
  •           Sí la mezcla presenta azeótropos.

La extracción líquido-líquido presenta una amplia aplicación en la industria del petróleo para separar alimentaciones líquidas en función de su naturaleza química más que por su peso molecular o la diferencia de volatilidad. Como ejemplo se tiene la separación entre hidrocarburos aromáticos, alifáticos y nafténicos.


Otras aplicaciones se pueden encontrar en:

  • La industria bioquímica como la separación de antibióticos y la recuperación de proteínas de sustratos naturales.


  •       La extracción de metales como la recuperación del cobre de soluciones amoniacales y separaciones de metales poco usuales y de isótopos radiactivos en elementos combustibles gastados.


  •      La industria química inorgánica para recuperar compuestos tales como ácido fosfórico, ácido bórico e hidróxido de sodio de soluciones acuosas.

·         Recuperación de compuestos aromáticos como fenol, anilina o compuestos nitrogenados de las aguas de desecho, ya que constituyen una fuente contaminante.

·         Recuperación de productos sensibles al calor

·         Recuperación de compuestos orgánicos del agua como formaldehido, ácido fórmico y ácido acético. (Diquima, 2022)


5. Bibliografía

Arqhys. (Abril de 2011). Portal de arquitectura Arqhys. Obtenido de https://www.arqhys.com/general/que-es-la-extraccion.html

Diquima. (12 de Julio de 2022). Diquima.UPM. Obtenido de http://www.diquima.upm.es/old_diquima/Investigacion/proyectos/chevic/catalogo/COLUMNAS/Aplic3.htm#:~:text=La%20extracci%C3%B3n%20l%C3%ADquido%2Dl%C3%ADquido%20presenta,hidrocarburos%20arom%C3%A1ticos%2C%20alif%C3%A1ticos%20y%20naft%C3%A9nicos.

ochteca. (2020). Ingeniería Química, UNLP. Obtenido de https://mexico.pochteca.net/que-es-y-en-que-consiste-la-extraccion-por-solventes/

Link del Vídeo 

Entrar

https://drive.google.com/file/d/1Sp-HaNPN1rNOXzLTNKuJkblfu_r5PEdW/view?usp=sharing


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jueves, 23 de junio de 2022

Vaporizadores (Calderas, Calderín, Hervidor)

 Vaporizadores

1.   1.  Definición

Un vaporizador es un instrumento diseñado para facilitar el cambio de un anestésico líquido a su fase de vapor y agregar una cantidad controlada de este vapor al flujo de gases que llega al paciente. Para comprender el funcionamiento de los vaporizadores es imprescindible el conocimiento de las leyes físicas que gobiernan el comportamiento de los líquidos volátiles. (D’Este, 2001)

El vaporizador se caracteriza por generar vapor. Trabaja con agua a la temperatura de saturación de modo que toda la energía absorbida se transforma en calor latente de vaporización. (Blogspost, 2021)

Caldera

Es un recipiente metálico en el que se genera vapor a presión mediante la acción de calor. El término “caldera” se aplica a un dispositivo para generar vapor para fuerza, procesos industriales o calefacción; o agua aliente para calefacción o para uso general.

Una caldera es un recipiente cerrado a presión en el que se calienta un fluido para utilizarlo por aplicación directa del calor resultante de la combustión de una materia combustible (sólida, liquida o gaseosa) o por utilización de energía eléctrica o nuclear.

Además se puede decir que una caldera de vapor, es un recipiente cerrado en el cual se genera vapor de agua o de otro fluido para su uso externo. Una caldera es un aparato de transferencia térmica que convierte un combustible (Fósil, bagazo, gas, eléctrica o nuclear) a través de un medio de trabajo. (Todo calderas, s.f.)

Calderín

El calderín es una parte esencial del termo eléctrico, capaz de determinar su vida útil.

El habitualmente denominado como “calderín” es, concretamente, el depósito en el que se acumula y calienta el agua en un termo eléctrico.

El calderín, debido a su contacto permanente con el agua caliente, necesita una protección especial contra la corrosión. (Blog, s.f.)

Hervidor

            Consiste en una cámara donde se produce la combustión, con la ayuda del aire comburente y a través de una superficie de intercambio se realiza la transferencia de calor. Es un pequeño electrodoméstico utilizado para hervir líquidos, normalmente agua para preparar té o café. Un hervidor es un tanque calentado que hierve los fluidos sin procesar, donde los vapores se envían a la torre.

2.    Esquema 

Partes de la caldera


Partes del calderín



1.      Parte superior.

2.      Tubo de salida de agua caliente. (Hay diferentes tipos de salida de agua. El agua caliente se toma siempre de la parte superior del calderín)

3.      Parte inferior.

4.      Borde para pletina.

5.      Tubo de entrada de agua fría.

6.      Difusor de ingreso. (Evita las turbulencias y mantiene el agua fría en entrada en la parte inferior)

7.      Calderín.

 Partes de un Hervidor





1.       3. Clasificación de vaporizadores

De acuerdo a la circulación de los fluidos dentro de los tubos de la caldera

  •  Calderas piro tubulares:

    La caldera de vapor piro tubular es la tecnología más tradicional para producir vapor saturado, agua caliente a alta presión o vapor sobrecalentado para un intervalo de producción desde 250 hasta 50 000 kg/h (desde 175 hasta 34 000 kW).

    En este tipo de equipos los gases calientes procedentes de la combustión del quemador circulan por la parte interior del hogar y luego por los diferentes circuitos de tubos de humos. Es el calor por tanto que circula por los tubos de humos lo que genera el calentamiento del agua hasta alcanzar la temperatura de saturación y por tanto el vapor.

  • Calderas humo tubulares:

    Una caldera genera vapor a través de la transferencia de calor desde el hogar y tubos de humo al agua circundante. Toda la superficie en contacto con el agua se denomina superficie de calentamiento.

  • Calderas acuotubuladores:

    Son aquellas en las que el agua circula por el interior de los tubos y los humos de combustión por el exterior de estos.

Clasificación de acuerdo a la presión de trabajo de la caldera

  •    Calderas de baja presión:

    Las calderas de baja presión se utilizan a menudo en los edificios y están diseñadas para salas de calor a través de radiadores. Los tipos de edificios pueden incluir restaurantes, hospitales, edificios de oficinas y escuelas. Las calderas son capaces de calentar el agua utilizada en los baños y usar vapor para calentar las habitaciones diferentes en todo el edificio, lo que les permite mantenerlos a una temperatura agradable.

  •      Calderas de media presión:

    Producen vapor hasta aproximadamente 20 kg/cm2= 290 PSI. Generalmente producen vapor saturado, utilizadas en la industria en general. Vapor de media presión (alrededor de los 20 bares)

  •      Calderas de alta presión:

    Las calderas de alta presión calientan el vapor por encima de 15 psi (1,02 atm) y el agua a presiones superiores a 160 psi (10,89 atm). Las temperaturas en calderas de alta presión exceden 250 grados Fahrenheit (121 grados Celsius). Debido a la presión elevada a la que estas calderas funcionan, tienen que ser controladas para garantizar la seguridad en todo momento. Los operadores de calderas de alta presión deben inspeccionar interruptores, válvulas, dispositivos de seguridad y las fugas en una base regular. Las averías deben ser corregidas inmediatamente para evitar que se produzcan mayores.

  •      Calderas supercríticas:

    La caldera supercrítica (generador de vapor supercrítico) es un tipo de caldera que funciona bajo condiciones de presión supercrítica. Este tipo de calderas se utiliza a menudo en la generación de electricidad. A diferencia de las calderas subcríticas, no hay formación de burbujas en las calderas supercríticas, y el agua líquida se convierte inmediatamente en vapor.

Clasificación de acuerdo a la producción de vapor

  •   Calderas chicas

    Producen hasta de 1 o 2 toneladas de vapor saturado por hora

  •      Calderas medianas

    Producen de hasta aproximadamente 20 toneladas de vapor por hora.

    Las calderas chicas y medianas casi en su totalidad son calderas humo tubulares de baja presión.

  •    Calderas grandes

    Calderas que producen desde 20 toneladas de vapor por hora, siendo normal encontrar producciones de 500 y 600 toneladas por hora. Generalmente vapor sobrecalentado, siendo calderas acuotubulares.

Clasificación de acuerdo al combustible utilizado 

  • Calderas de combustibles líquidos

    Las calderas de combustible líquido de baja potencia realizan la vaporización en una sola etapa. En calderas de alta potencia la vaporización se realiza en dos etapas: atomización o separación de líquido en finas partículas, y vaporización mediante calentamiento de las partículas.

  •      Calderas de combustible gaseosos

Son calderas que queman gases como el propano (Gas licuado del petróleo GLP) o gas natural o gas propano, entre otros.

  •     Calderas de combustibles sólidos

Las calderas de combustible sólido son generadores de calor que suministran calefacción y agua caliente a toda la casa como calefacción central en funcionamiento a plena carga.

Clasificación de acuerdo a la circulación del agua dentro de la caldera

  •         Circulación natural

    Este tipo de calderas emplean fenómenos naturales para la circulación (diferencia de densidades), se evita uso de bombas de alta presión de circulación

  •     Circulación forzada

    La circulación se obtiene por una bomba que impulsa el fluido por una serie de tubos en paralelo.

  •     Circulación asistida

Son semejantes a las de circulación natural, salvo que se le interpone una bomba de alta presión, la cual obliga a la circulación. Este tipo de calderas son empleadas para presiones entre 140 y 190 bares.

Clasificación de acuerdo al intercambio de calor

  •        De calentamiento indirecto

Este método consiste en hacer uso de un equipo o dispositivo, generalmente un intercambiador de calor, que aprovecha la energía contenida en el vapor y la transfiere hacia la sustancia que queremos calentar. Algunos ejemplos muy usuales de intercambiadores de calor utilizados en la industria son: intercambiadores tipo tubo y coraza, tipo placas, de tubos aleteados, tanques (marmitas) enchaquetados, entre otros.

  • Convectivos

Es la transferencia de energía entre una superficie sólido y un fluido gaseoso o líquido, es causado por el movimiento o agitación del líquido, las partículas calientes reemplazar continuamente entrar en las enfriadas a contacto con la superficie fría (absorber el calor). La convección paga sucede debido a unas de las diferencias de densidad, que provienen de diferencial de temperatura, o forzados tues causada por medio de fuerzas mecánicas que obligan el movimiento del fluido.

2.       4. Aplicación en la Industria

Vaporizadores. - El vaporizador se caracteriza por generar vapor. Trabaja con agua a la temperatura de saturación de modo que toda la energía absorbida se transforma en calor latente de vaporización. A la salida del equipo el agua sale con un título de vapor inferior al 0,25.

Existen dos tipos de vaporizadores:

  •    De circulación natural
  • De circulación forzada

La circulación forzada implica el uso de bombas de recirculación que sirven para vencer la pérdida de carga del vaporizador y mover el agua saturada.

    La circulación natural consiste en que el agua circula a través del equipo por la diferencia de densidad entre el líquido a la entrada y el líquido a la salida. Para ello los tubos se disponen de forma vertical en un solo paso.


Calderas. - Las calderas Las calderas son dispositivos que sirven para generar energía térmica mediante la transformación de la energía contenida en distintos combustibles por medio de la combustión. Estas son mostradas para transmitir el calor obtenido por un combustible a un fluido (generalmente agua) con el fin de producir vapor, el cual se usará como una sustancia de trabajo en otros dispositivos o sistemas. Debido al crecimiento y demanda industrial que se ha generado en los últimos años, las calderas son utilizadas en muchos procesos industriales como en la producción de alimentos y bebidas, así como en plantas industriales para la generación de energía eléctrica y en hospitales para la esterilización de material médico.


Calderín. - Los vasos de expansión o calderines, son elementos imprescindibles en la instalación de una caldera. Son un elemento que evita el aumento de presión generado cuando el fluido caloportador que contiene el circuito se calienta. Los vasos de expansión o calderines, son elementos imprescindibles en la instalación de una caldera. Son un elemento que evita el aumento de presión generado cuando el fluido caloportador que contiene el circuito se calienta.

  •  AMR: vasos para grupos de presión e instalaciones de agua fría.
  •  CMF: Vasos para instalaciones de calefacción y climatización.
  • CMR: Vasos para instalaciones de ACS.


Hervidor. - Este equipo se utiliza principalmente para cocinar alimentos, hervir el azúcar, saltear verduras fritura, condimentos, materiales medicinales y hornear, etc. a menudo se utiliza en los alimentos y procesamiento de alimentos o la industria química. En el curso de calefacción, revuelva freír. calefacción eléctrica olla tiene las ventajas de una gran zona de calentamiento, una alta eficiencia térmica, el rápido calentamiento, el tiempo de hervor corto y la temperatura de calentamiento




Link del documento en pdf

https://drive.google.com/file/d/1oSa7QqCCfKQIvpaOvBueUVzfXHTOOus3/view?usp=sharing


Link del vídeo de la explicación
https://drive.google.com/file/d/1M3J4k8hbmBq9Y7NaoUSKO10wTbC9U9Bi/view?usp=sharing


Bibliografía

Blog. (s.f.). Obtenido de Cointra: https://www.cointra.es/blog-que-es-un-calderin/#:~:text=EL%20CALDER%C3%8DN%20ES%20UNA%20PARTE,agua%20en%20un%20termo%20el%C3%A9ctrico.

Blogspost. (Junio de 2021). Obtenido de https://grupoocho21.blogspot.com/2021/06/vaporizadores.html

Construmatica. (14 de Abril de 2011). Calderín. Obtenido de https://www.construmatica.com/construpedia/index.php?title=Calder%C3%ADn&mobileaction=toggle_view_desktop

D’Este, J. (Noviembre de 2001). Obtenido de http://www.scartd.org/arxius/vaptxtyfig.pdf

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http://tuingsistemas.blogspot.com/2017/12/calderas-segun-produccion-de-vapor.html

https://www.bioelectricidad.org/noticia/128#:~:text=Las%20calderas%20de%20combustible%20l%C3%ADquido,mediante%20calentamiento%20de%20las%20part%C3%ADculas.

Transferencia de Masa y sus Aplicaciones

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