1. 3. Análisis de Procesos:
Operaciones Unitarias
Operaciones Unitarias
Los procesos químicos siempre pueden subdivirse en
unidades básicas llamadas operaciones unitarias…
Las operaciones unitarias son cada una de las
acciones necesarias de transporte, adecuación y/o
transformación.
El número de estas operaciones básicas no es muy
grande y generalmente sólo unas cuantas de ellas
intervienen en un proceso determinado.
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2. Tipos de
Operaciones
Unitarias
Transferencia de Operaciones
Transferencia de Transferencia de Calor y Masa Transporte de físicas
Masa Calor flujidos Separación Reactores
simultáneamente complementarias
Intercambiador
Absorción de Calor Cristalización Compresores Filtración Trituración
Destilación Hornos Secado Bombas Sedimentación Molienda
Fluidización y
transporte Clasificación
Extracción Aerorrefrigerante Liofilización hidráulica Tamizado
neumático
Torres de
Adsorción Evaporadores enfriamiento Flotación Mezclado
Intercambio Almacenaje
Iónico Condensadores Centrifugación materiales
Acumuladores de
calor Ósmosis inversa
Placas solares
Procesos / Operaciones
Las operaciones unitarias mas comunes se producen en:
reactores intercambiadores bombas mezcladores separadores
las cuales existen en una variedad de formas distintas.
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3. Procesos / Operaciones
En cada proceso / operación unitaria se cambian las condiciones de
una determinada cantidad de materia de una o más de las siguientes
formas:
 modificando su masa o composición
 modificando el nivel o calidad de la energía que posee
 modificando sus condiciones de movimiento
Operaciones Unitarias
Cada operación unitaria tiene una fuerza impulsora, un
gradiente en alguna propiedad, que da cuenta del mecanismo
principal de transferencia:
GRADIENTE
CASO MECANISMO
IMPULSOR
transferencia de masa difusión concentración
conducción, convección
transferencia de calor temperatura
y/o radiación
transferencia de
rozamiento velocidad
cantidad de movimiento
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4. Operaciones Unitarias
 Transferencia de masa
 Transferencia de calor
 Transferencia simultánea de calor y masa
 Transporte de cantidad de movimiento
 Operaciones físicas complementarias
 Reactores
Transferencia de masa
Definición Operación Aparatos Ejemplos
Destilación Separar mezcla simple, súbita, -col. de platos: Petróleo,
liq. por dif.en rectificación, - col. de relleno solventes,
volatilidad. extractiva. (packing towers). licores.
Absorción Purificar gas de - similar destilación Eliminación
un comp. por - torres de gases
contacto con - centrífugos ácidos de
líq. corrientes.
Extracción Mezcla (liq-liq o -contacto por -columnas Petróleo,
(lixiviación sol-liq) en etapas -- Soxhlet extracción
o lavado) disolvente - contacto de aceites,
selectivo. continuo lixiviado de
minerales.
Adsorción Eliminar comp. - lecho fijo - columnas de Secar
de fase fluida Alumina, silica lecho fijo en gases, olor,
mediante sólido gel, carbón paralelo solventes..
que lo retiene.
Intercambi Sustitución de - resina - dos columnas Ablandar
o iónico iones de catiónica para operación y agua,
disolución por - resina aniónica regeneración desminera-
otros en sólido. lización.
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5. Destilación
Separación de componentes de una mezcla líquida en base a su
diferente volatilidad (presiones de vapor)
Absorción
Purificar gas de un componente poniendo en contacto con solvente líquido
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6. Extracción
Disolución de un componente de una mezcla (liq.-liq. o sol.-liq.) en
disolvente selectivo.
Adsorción
Eliminar un componente de fase fluida mediante un sólido que lo retiene.
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7. Intercambio iónico
Sustitución de iones de disolución por otros con la misma carga que están
en sólido.
Operaciones Unitarias
 Transferencia de masa
 Transferencia de calor
 Transferencia simultánea de calor y masa
 Transporte de cantidad de movimiento
 Operaciones físicas complementarias
 Reactores
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8. Transferencia de calor
Definición Operación Ejemplos
Intercambiador Intercambio entre Tubos concéntricos Uso extendido en
de calor fluidos Carcasa y tubos la industria
Placas
Hornos Sólido o fluído Radiacion. Comb.: Craqueo de nafta.
carbón, fuel, gas.
Aerorrefrigerant Fluído con aire Ventiladores, tiro Con corrosión o el
es ambiente inducido o forzado. agua es cara.
Evaporadores Concentrar una Simple y múltiple Conc. de leche,
disolución efecto. agua desanilizada
Condensadores Condensación de Idem Anteriores Uso extendido en
vapor por líquido frío. la industria.
Acumuladores Recuperar calor de Apilamientos de Hornos de
de calor corrientes de gas. materiales como fabricación de
ladrillos, piedras o vidrio.
virutas metálicas.
Placas solares Calor del sol calienta Radiación atraviesa
agua cristal que incide
sobre serpentín.
Intercambiadores de calor (1)
Doble tubo:
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9. Intercambiadores de calor (2)
Carcasa y tubos:
Intercambiadores de calor (3)
Placas:
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10. Hornos
Aerorefrigerantes
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11. Evaporadores
Acumulador de calor
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12. Placas solares
Operaciones Unitarias
 Transferencia de masa
 Transferencia de calor
 Transferencia simultánea de calor y masa
 Transporte de cantidad de movimiento
 Operaciones físicas complementarias
 Reactores
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13. Transferencia simultánea de calor y masa
Definición Operación Aparatos Ejemplo
Acondicionamien Modifica Pone en Torres de Central
to de gases o humedad / contacto aire enfriamiento. térmica
enfriamiento de temperatura con agua, o
líquidos. de aire o agua. con gas no sat.
Cristalización Formación Actúa por cristalizadores Purificar
cristal sólido sobresaturado - de tanque productos
en sol. líq. o diferencias de - evaporadores obtener
sobresaturada. temp. - de vacío cristales.
Secado Reducción de Contacto - de bandejas Uso
contenido de - directo - rotativos extendido
líq. en sólido. - continuo - evap. súbita industrial.
Liofilización Eliminación de Alto vacío, -Placas planas Café
criodeshidrataci agua de temp. Menor al calientes, soluble,
ón sólido, PF del agua. bandejas fármacos.
sublimación.
Acondicionamiento de gases
Modificar humedad y temperatura de corriente de aire o de agua.
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14. Enfriamiento de Líquidos
Modificar humedad y temperatura de corriente de aire o de agua.
Cristalización
Separación de un componente mediante la formación de sólidos cristalinos
en disoluciones líquidas sobresaturadas.
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15. Secado
Reducción de contenido de líquido (en general agua) en un sólido.
Liofilización
Eliminación de agua de un sólido por sublimación.
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16. Operaciones Unitarias
 Transferencia de masa
 Transferencia de calor
 Transferencia simultánea de calor y masa
 Transporte de cantidad de movimiento
 Operaciones físicas complementarias
 Reactores
Circulación de fluidos: bombas
Definición Aparatos
Conducciones Transporte desde y hasta las - Canales abiertos
operaciones del proceso. - Sección circular: tuberías
- Sección cuadrada
Compresores Incrementar la presión, por -alternativos
medio del suministro de - rotativos
energía mecánica. - axiales
Bombas Impulsar líquidos, por medio -Centrifugas
del suministro de energía - Desplazamiento positivo:
mecánica - alternativas o de pistón
- rotatorias (engranajes, aletas,
excéntricas)
- peristálticas
- tornillo
Válvulas Regular el caudal de fluido Rozamiento adicional al sistema
por una conducción
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17. Conducciones
Transporte desde y hasta las distintas operaciones del proceso.
Bombas
Impulsar líquidos, por medio del suministro de energía mecánica
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18. Compresores
Incrementar la presión, por medio del suministro de energía mecánica.
Válvulas
Regular el caudal de fluido por una conducción
mariposa esférica (de bola)
de asiento de compuerta de retención
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19. Transporte de cantidad de movimiento
Definición Operación Aparatos Ejemplo
Fluidización y Circulación de Temperatura Lecho de Catalizador
transporte fluído por en todos los catalizador, Tostación
neumático lecho sólidos puntos es cte. ciclones. minerales
Filtración Separación Retención de - prensa/ placas Aprovechar
sólido líquido y partículas en - rotatorios sólido,
sólido gas. placa filtrante. - centrífugos etc turbidez.
Sedimentación Separación Diferencia de - sedimentador Tratamiento
sólido líquido y densidad, - separador de de efluentes.
líquido líquido gravedad grasas y aceites
Clasificación Separación de Diferencia de - Tanques. Uso
hidráulica una mezcla de formas, - Separación extendido
sólidos tamaño y neumática industrial
densidad .
Flotación Separación Diferencia de - Celda de Mineral
sólido líquido y densidades y flotación,
sólido sólido mojabilidad. tensoactivos.
Centrifugación Separación de Sistema - centrífugas Uso
fases densidad mecánico de - ciclones extendido,
parecida rotación. - hidrociclones petróleo
Fluidización y transporte neumático
Circulación de fluido a través de un lecho de sólidos.
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20. Filtración
Circulación de fluido a través de un lecho de sólidos:
separación sólido líquido y sólido gas.
Sedimentación
Movimiento de sólidos en seno de fluidos:
separación sólido - líquido y líquido - líquido.
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21. Clasificación hidráulica
Separación de una mezcla de sólidos.
Suspensión
Agua
Agua
Gruesos
Finos
Flotación
Separación sólido - líquido y sólido - sólido
Espuma
concentrada
Mezcla
sólidos
Ganga y
agua
Aire
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22. Centrifugación
Separación de dos fases de densidad parecida.
Operaciones Unitarias
 Transferencia de masa
 Transferencia de calor
 Transferencia simultánea de calor y masa
 Transporte de cantidad de movimiento
 Operaciones físicas complementarias
 Reactores
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23. Operaciones físicas complementarias
Definición Operación Aparatos Ejemplo
Trituración Reducción del Grandes trozos Mandíbulas, Uso
tamaño de se rompen por rotatorias, de extendido
partícula compresión. rodillos industrial.
Molienda Reducción del Fricción e Molinos de: Uso
tamaño de impacto con bola, martillo, extendido
partícula. móviles. barra, chorro. industrial.
Tamizado Separación Pasan las Malla con Uso
por tamaños partículas de movimiento de extendido
de partículas. menor tamaño vaivén o industrial.
por malla. vibración.
Mezclado de Recipiente Uso
sólidos y pastas agitado vaivén extendido
Pastas: paletas. industrial.
Almacenaje de Para materias Costo del - A granel,
materiales primas, prod. recipiente, del silos, tolvas.
Intermedios o material, -Tanques fijos
finales volatilidad, etc techo flotante.
- Gasómetros,
licuados.
Trituración
Reducción del tamaño de partícula del sólido.
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24. Molienda
Reducción del tamaño de partícula del sólido.
Tamizado
Separación por tamaños de partículas de una mezcla sólida.
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25. Mezclado de sólidos y pastas
Homogenización de una mezcla sólida.
Almacenaje de materiales
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26. Operaciones Unitarias
 Transferencia de masa
 Transferencia de calor
 Transferencia simultánea de calor y masa
 Transporte de cantidad de movimiento
 Operaciones físicas complementarias
 Reactores
Reactores
Propósito:
Equipos donde se llevan a cabo las reacciones químicas
Operación:
Según el modelo de flujo, reactores de mezcla perfecta – reactores de
flujo de pistón.
Aparatos:
Reactor Batch
Reactor Continuo Agitado (RCA)
Reactor Tubular Flujo Pistón (RTFP)
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27. Reactores
A
P
B
Reactor Batch
A
P
B
RTFP RCA
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