OPERACIONES UNITARIAS
Se llama operación unitaria a una parte indivisible de cualquier proceso de transformación, sea físico, químico o de naturaleza biológica, de una materia prima en otro producto de características diferentes.
- Reducción de tamaño
- Traslado y almacenamiento de materiales de una mezcla
- Transferencia de energía o unión de los componentes tipo de operación
Se entiende que
los procesos de transformación en general y las operaciones unitarias, en lo
particular, tienen como objetivo el modificar las condiciones de una
determinada cantidad de materia en forma más útil a nuestros fines. (Acosta,
2012)
CLASIFICACION
Con base en transferencia de calor
Ø Evaporación
APLICACIONES
Evaporadores de múltiple efecto
Ø Secado
Se refiere a la eliminación de agua de los materiales de proceso y de otras sustancias. El secado al sol permite retirar agua hasta niveles del 15% pero se requiere un espacio bastante grande y son susceptibles a la contaminación y a pérdidas debidas al polvo, los insectos, los roedores. (Granja, 2013)
Usado también como método de preservación
• Los
microorganismos que provocan la descomposición de los alimentos no pueden
crecer y multiplicarse en ausencia de agua.
•
Los microorganismos dejan de ser activos cuando
el contenido de agua se reduce por debajo del 10 % en peso. Sin embargo, es
necesario reducir este contenido de humedad por debajo del 5% en peso en los
alimentos, para preservar el sabor y su valor nutritivo. Además, muchas de las enzimas
que causan los cambios químicos en alimentos y otros materiales biológicos no
pueden funcionar sin agua.
• Los
alimentos secos pueden almacenarse durante períodos bastante largos.
METODOS GENERALES DE SECADO
Los métodos y procesos de secado pueden
clarificarse de diferentes maneras: De acuerdo al modo de contacto de la fuente
de calor. (Granja, 2013)
• Secado
por contacto directo: El calor necesario para la vaporización del agua lo
suministra el aire.
•
Secado indirecto: El calor es suministrado por
una fuente térmica a través de una superficie metálica en contacto con el
objeto a secar.
De acuerdo con las condiciones físicas
usadas para adicionar calor y extraer el vapor de agua:
• Secado
a presión atmosférica El calor se añade por contacto directo con aire caliente
a presión atmosférica, y el vapor de agua formado se elimina del mismo aire.
• Secado
al vacío La evaporación del agua se verifica con más rapidez a presiones bajas,
y el calor se añade indirectamente por contacto con una pared metálica o por
radiación (también puede usar temperaturas bajas con vacío para ciertos
materiales que pueden decolorarse o descomponerse a temperaturas altas).
Ø Condensación
Son intercambiadores de calor que tiene
por objetivo la condensación de un vapor mediante un líquido frío. Se pueden utilizar los intercambiadores de
calor descritos anteriormente o bien una pulverización con agua fría cayendo en
forma de ducha sobre los tubos. (Fernandez, 2014)
Ø Destilación
• Destilación súbita o flash
• Destilación
simple con arrastre de vapor
La destilación por arrastre con vapor es
una técnica para la separación de substancias insoluble en agua y ligeramente
volátiles de otros productos no volátiles, sirve para separar aceites
esenciales en de tejidos vegetales (Granja, 2013)
APLICACION
Ø Adsorción y desorción
La absorción es
una operación unitaria de transferencia de materia que consiste en poner en
contacto un gas con un líquido, para que este se disuelva determinados
componentes del gas, dejándolo libre de los mismos. Puede ser física o química,
según que el gas se disuelva en el líquido absorbente o reaccione con él dando
un nuevo compuesto químico. (Fernandez, 2014)
La desorción es
la operación unitaria contraria a la absorción, en ella, un gas disuelto en un
líquido es arrastrado por un gas inerte, siendo eliminado del líquido. Estas
operaciones se pueden llevar a cabo en columnas de platos y de relleno y también
en torres de pulverización, que son columnas vacías en las que el líquido entra
a presión por un sistema de ducha, circulando al gas en sentido contrario.
(Fernandez, 2014)
La absorción se emplea en la industria
para la eliminación de gases ácidos (CO2, SO2) en corrientes gaseosas, mediane
distintas corrientes líquidas (agua, disolución de sosa, aminas). (Fernandez,
2014)
Ø Extracción
Es una operación
unitaria de transferencia de materia basada en la disolución de uno o varios
componentes de una mezcla -líquido o sólido- en un disolvente selectivo. Se hace la distinción entre la extracción
sólido-líquido y la extracción líquido-líquido según que la materia a extraer
esté en un sólido o en un líquido. En
este último caso el disolvente debe ser inmiscible con la fase líquida que
contiene el soluto. La extracción
sólidolíquido se conoce también como lixiviación o lavado, según la aplicación
a la que se la destine. Si se pretende
eliminar un compuesto no deseado de un sólido se habla de lavado, si el
compuesto extraido es el valioso se denomina lixiviación. (Fernandez, 2014)
El contacto por etapas puede realizarse de
distintas maneras según como se mezcle el disolvente extractor con el líquido
extracto. En el contacto simple el
disolvente extractor se reparte en partes iguales en cada una de las
etapas. Mientras que el el contacto a
contracorriente el disolvente extractor pasa de etapa a etapa en sentido
contrario al líquido que está siendo refinado.
El extracto es la corriente de
disolvente extractor una vez que ha recibido el soluto. El refinado es la corriente de alimentación
una vez que se le ha extraído el soluto. (Fernandez, 2014)
Ø Extracción liquido-liquido
La extracción
líquido-líquido es, junto a la destilación, la operación básica más importante
en la separación de mezclas homogéneas líquidas. Consiste en separar una o
varias sustancias disueltas en un disolvente mediante su transferencia a otro
disolvente insoluble, o parcialmente insoluble, en el primero. La transferencia
de materia se consigue mediante el contacto directo entre las dos fases
líquidas. Una de las fases es dispersada en la otra para aumentar la superficie
interfacial y aumentar el caudal de materia transferida. (Granja, 2013)
La
extracción líquido-líquido se puede llevar a cabo de distintas formas,
normalmente se trabaja en contínuo y cabe distinguir dos modos básicos de
contacto: contacto por etapas y contacto contínuo (Fernandez, 2014)
La extracción líquido-líquido se usa mucho
en la industria del petróleo para separar los hidrocarburos alifáticos de los
aromáticos. La separación de los
asfaltos del petróleo también se realiza por extracción con propano a baja
temperatura. Como ejemplo de extracción
sólido-líquido están la extracción de grasas vegetales y animales. (Fernandez,
2014)
Sistema
compuesto por un tanque extractor y un decantador
Ø Extracción solido-liquido o Lixiviación
Consiste en la
remoción o extracción de un componente soluble (soluto) contenido en un sólido
mediante un solvente apropiado (Granja, 2013)
APLICACIONES
Extracción de componentes deseados:
• Extracción
de azúcar de la caña o remolacha.
• Fabricación
de café y té solubles (instantáneos)
• Extracción
de aceites de semillas oleaginos
Ø Adsorción
Consiste en la
eliminación de algunos componentes de una fase fluida mediante un sólido que
los retiene. La adsorción es un fenómeno
de superficie. Las moléculas, átomos o
iónes adsorbidos están confinados en la superficie de los poros del sólido,
unidos por fuerzas de Van der Waals o por verdaderos enlaces químicos. En este último caso se habla de
quimiadsorción. (Granja, 2013)
La adsorción se emplea para eliminar la humedad de una corriente gaseosa. Se utiliza como adsorbente gel de sílice. También se emplea para eliminar olores de corrientes gaseosas, en este caso se usa carbón activo como adsorbente. Para recuperar disolventes del aire ambiente y a nivel doméstico los filtros de carbón activo se utilizan para eliminar malos olores y sabores del agua.
ADSORBENTES COMERCIALES
• Carbón
Activado
• Zeolitas
Tamices Moleculares
• Gel
de Sílice
• Alúmina
Activada
TIPOS DE ADSORCIÓN
• Adsorción
eléctrica
Cuando la atracción entre el soluto y el
adsorbente sea de tipo eléctrico, siendo el intercambio iónico el ejemplo más
representativo por lo que a menudo se le llama adsorción por intercambio, que
es un proceso mediante el cual los iones de una sustancia se concentran en una
superficie como resultado de la atracción electrostática en los lugares
cargados de la superficie.
• Adsorción
física
O
también conocida por fuerzas de Van der Waals producto a las fuerzas que la
producen donde la molécula adsorbida no está fija en un lugar específico de la
superficie, sino más bien está libre de trasladarse dentro de la interface.
Ocurre fundamentalmente a temperaturas bajas. La adsorción de la mayoría de las
sustancias orgánicas en el agua con carbón activado se considera de naturaleza
física.
• Adsorción química
Es cuando el adsorbato sufre una
interacción química con el adsorbente, las energías de adsorción son elevadas,
del orden de las de un enlace químico, debido a que el adsorbato forma unos
enlaces fuertes localizados en los centros activos del adsorbente. Esta
adsorción suele estar favorecida a una temperatura elevada. La mayor parte de
los fenómenos de adsorción son combinaciones de las tres formas de adsorción y
de hecho, no es fácil distinguir entre adsorción física y química.
Ø Intercambio iónico
Es una operación
unitaria que consiste en la sustitución de uno o varios iones de una disolución
por otros que forman, inicialmente, parte de la estructura de un sólido, que es
la resina de intercambio iónico.
Las resinas pueden ser catiónicas o aniónicas, según
intercambien cationes o aniones.
Se aplica a todo
tipo de proceso de acondicionamiento de agua a nivel industrial (agua para
calderas) o doméstica (lavavajillas). El
ablandamiento de agua consiste en la eliminación de los cationes divalentes
calcio y magnesio del agua, con lo que disminuye su dureza. Se realiza el intercambio en una columna
catiónica, donde se sustituyen los iones indicados por sodio, que no forma
sales insolubles.
La desmineralización del agua, es la
eliminación de los iones que contenga.
Se lleva a cabo con dos columnas consecutivas una catiónica y otra
aniónica. En la primera se sustituyen
los cationes por protones y en la segunda los aniones por iones hidróxido. Las resinas se regeneran respectivamente con
ácido sulfúrico e hidróxido de sodio.
Resinas catiónicas y aniónicas.
SEPARACIONES FISICO-MECANICOS
Se considera como un grupo de procesos de
separación que no se lleva a cabo a escala molecular ni se debe a diferencias
entre las diversas moléculas presentes. La separación se logra usando fuerzas
físico-mecánicas y no fuerzas moleculares o químicas ni difusión, Estas fuerzas
físico-mecánicas actúan sobre partículas, líquidos o mezclas de partículas y
líquidos, y no necesariamente sobre moléculas individuales. Las fuerzas
físico-mecánicas incluyen la gravitación y la centrifugación, las fuerzas
mecánicas propiamente dichas y las fuerzas cinéticas causadas por flujos. Las
corrientes de partículas o fluidos se separan debido a los diferentes efectos
que sobre ellas producen estas fuerzas.
- Filtración
En la filtración,
las partículas suspendidas en un fluido, ya sea líquido o gas, se separan
mecánica o físicamente usando un medio poroso que retiene las partículas en
forma de fase separada que permite el paso del filtrado sin sólidos.
- Sedimentación
La sedimentación es una operación unitaria
consistente en la separación por la acción de la gravedad de las fases sólida y
líquida de una suspensión diluida para obtener una suspensión concentrada y un
líquido claro.
- Reducción de partículas
La reducción de
tamaño es aquella operación en la que el tamaño medio de los alimentos sólidos
es reducido por la aplicación de fuerzas de impacto, compresión o abrasión. A
la pulverización y formación de partículas de muy pequeño tamaño se denomina
también trituración.
Los objetivos de la reducción de tamaño son:
- Desintegración
- Obtener granulometría o distribución de tamaños determinados
Las ventajas de la reducción de tamaño en el procesado de
alimentos son las siguientes:
• Aumento
de la relación superficie/volumen incrementa la velocidad de deshidratación,
calentamiento, enfriamiento, extracción.
• Cuando
el tamaño de partícula de los productos que van a mezclarse es homogéneo el
mezclado de los ingredientes resulta más eficaz.
• Centrifugación
La centrifugación es un proceso de
separación que utiliza la acción de la fuerza centrífuga para promover la
aceleración de partículas en una mezcla de sólido-líquido. Dos fases claramente
distintas se forman en el recipiente durante la centrifugación. El centrifugado
o el concentrado que es el líquido flotante. Un ejemplo en la industria lechera
es la separación de la crema de la leche para obtener leche descremada. La
separación por gravedad requiere muchas horas, mientras que, con la separación
por centrifugación en un separador de crema, se logran los mismos resultados en
pocos minutos. La separación por centrifugación se usa en muchas industrias
alimenticias, tales como cervecerías, procesamiento de aceites vegetales,
concentración de proteínas de pescado, procesamiento de jugos de frutas para
eliminar materiales celulares, etc
Con base en transferencia de simultánea de materia
y energía
CAMPO DE APLICACIÓN DE LAS OPERACIONES UNITARIAS EN LA INDUSTRIA
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 productos químicos o biológicos. Es posible
considerar estos procesos químicos, físicos o biológicos, 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
operación unitaria conocida como destilación se usa para purificar o separar
alcohol en la industria de las bebidas y también para separar los 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, así como en la absorción de hidrógeno
gaseoso en un proceso de hidrogenación líquida de aceites. (WordPress.com, 2022)
Deshidratación: secado y liofilización
La deshidratación es un método de estabilización de alimentos que se basa en la reducción de la actividad de agua, para ralentizar los procesos de deterioro a los que se ve sometido un alimento.
Condensación
Se produce cuando la temperatura de una
superficie de nuestra planta está por debajo de la temperatura del punto de
rocío del aire que está en contacto con el material. (LUIS)
Condensación
Se produce cuando la temperatura de una
superficie de nuestra planta está por debajo de la temperatura del punto de
rocío del aire que está en contacto con el material. (LUIS)
Evaporación
Es el paso continuo de una sustancia del estado líquido al de vapor, se efectúa en la superficie del líquido y ocurre a cualquier temperatura hasta que se satura de vapor el espacio inmediato al líquido. (SANCEZ, 2017)
CONCLUSIÓN
Las operaciones
unitarias son procesos de transformación con la finalidad de cambiar o fabricar
un producto, ya sea de manera física, química, biológica o mecánica. En las
operaciones unitarias y procesos de transformación como reducción de tamaño,
traslado y almacenamiento, transferencia de energía o unión de componentes de
tipo de operación, tienen el propósito de modificar los materiales para
nuestros usos. Los conocimientos en las operaciones unitarias facilitan en la
industrial el trabajo y resulta más fácil los tratamientos de los
procesos.
En las
diferentes industrias sean física químicas o biológicas, tiene similitud, que
la materia prima es tratada o transformada con el objetivo de obtener un
producto. Por ejemplo, en una empresa de secado de granos es similar a una de
secado de madera ya que basaba en el mismo principio de evaporar una cierta
cantidad de agua de los diferentes productos con la finalidad de poder
preservarlos por mucho más tiempo luego de su transformación.
El
conocimiento de operaciones unitarias como futuros ingenieros industriales
ayudan a entender procesos en los diferentes tipos de empresas de secado, flujo
de fluidos, evaporación, cristalización, etc. Estos conocimientos en los
diferentes procesos o técnicas nos ayudaran a entender o desempeñarnos de la
mejor manera en las diferentes empresas que existen en nuestro país, por esta razón
un ingeniero industrial puede trabajar en una petrolera, secado de madera,
fabricación de productos lácteos, procesadora de pescado, etc. Ya que nuestro
conocimiento es muy amplio y no está definido trabajar en una área específica
ni tampoco limitada.
Bibliografía
Acosta, J. (2012). Word press. Obtenido de https://ingjulian.wordpress.com/operacionesunitarias/
Fernandez, e. (24 de 11 de 2014). Obtenido de https://www.industriaquimica.net/operaciones-unitarias-en-ingenieriaquimica.html
Garcia, M. L. (2012). Operaciones y procesos unitarios. Peru.
Granja, L. (2013). Operaciones Unitarias. SENA, 12.
López, J. C. (s.f.). Curso de ingeniería química. En J. C. López. Reverte, 1983.
LUIS. (s.f.). 2014. https://www.virtualpro.co/revista/algunas-operaciones-unitariasaplicadas-a-la-industria-de-alimentos.
SANCEZ. (2017). Obtenido de https://sanidadealimentos.com/tag/condensacion/#:~:text=La%20condensaci%C 3%B3n%20es%20un%20problema,en%20contacto%20con%20el%20material
Sánchez, D. (2012). Operaciones Unitarias y proceso químico. Obtenido de https://elibro.net/es/ereader/uleam/42673 WordPress.com, B. d. (13 de 04 de 2022). Blog de
WordPress.com. Obtenido de https://operaciones8octavo.wordpress.com/definicion-campo-de-aplicacion-yclasificacion-de-las-operaciones-unitarias/
