Operaciones_Unitarias.png


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. Son actividades básicas que forman parte de un proceso. Por ejemplo, la producción de pulpa, el descortezado en una fábrica de papel, o la destilación en un proceso de elaboración de productos químicos.
Cualquier proceso que se pueda diseñar consta de una serie de operaciones físicas y químicas que, en algunos casos, son específicas del proceso considerado, pero en otros, son operaciones comunes e iguales para varios procesos. Generalmente un proceso puede descomponerse en la siguiente secuencia:
  1. Materias Primas
  2. Operaciones físicas de acondicionamiento
  3. Reacciones químicas
  4. Operaciones físicas de separación
  5. Productos

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.


OU.jpg

Una operación unitaria puede definirse como un área del proceso o un equipo donde se incorporan materiales, insumoso materias primas y ocurre una función determinada, son actividades básicas que forman parte del proceso. Por ejemplo, la producción de pulpa o el descortezado en una fábrica de papel, o la destilación en un proceso deelaboración de productos químicos.Sería prácticamente imposible estudiar el número casi infinito de procesos químicos que se Ilevan a cabo en la industriadiariamente, si no hubiera un punto en común a todos ellos. Afortunadamente, esta conexión existe.

Cada operación unitaria tiene una fuerza impulsora, un gradiente en alguna propiedad, que distingue el mecanismo principal de transferencia.




OU.png

Cualquier proceso que se pueda diseñar consta de una serie de operaciones físicas y químicas que, en algunos casos son específicas del proceso considerado, pero en otros, son operaciones comunes e iguales para varios procesos.
Existen diferentes tipos de operaciones unitarias que se clasifican en:

Operaciones unitarias.png


OPERACIONES UNITARIAS QUÍMICAS


La fuerza impulsora hay que considerarla en relación al aspecto termodinámico (lo que nos indica que el avance de la reacción es G<0). En relación con el aspecto cinético, la velocidad de la reacción química depende de la temperatura y de las concentraciones de los reactivos.
Entre las operaciones unitarias químicas constan:
  • Combustión.- oxidación rápida de una sustancia, acompañada por el aumento de calor. Para combustibles comunes, el proceso consiste en una combinación química con el oxígeno de la atmósfera que Ileva a la formación de dióxido de carbono, monóxido de carbono y agua.
  • Hidratación.- absorción de agua en forma de humedad.
  • Oxidación.- introducir oxígeno en un cuerpo de manera que forme parte de su constitución íntima.
  • Reducción.- consiste en separar oxigeno de un cuerpo para que este resulte puro.
  • Saponificación.- sustancia grasa tratada con calor por medio de una lejía fuertemente alcalina, se transforma en jabón.
  • Hidrogenación.- combinación de hidrógeno con ciertos compuestos orgánicos no saturados, especialmente con los hidrocarburos.
  • Craqueo o Cracking.- proceso químico por el cual un compuesto químico, normalmente orgánico, se descompone o fracciona encompuestos más simples.


OPERACIONES UNITARIAS FÍSICAS REGIDAS POR TRANSFERENCIA DE MATERIA


Están basadas en un fenómeno denominado difusión. Las masas se ponen en movimiento o intentan mezclarse como consecuencia de que existen gradientes de concentración en el fluido. Cuando se colocan dos fases que no se encuentran en equilibrio en relación con un determinado componente lo que ocurre es que dicho componente se transfiere de una a otra intentando alcanzar el equilibrio.
Aprovechando este fenómeno de la difusión se ponen en contacto fases distintas y lo que sucede es que los componentes van a intentar igualarse y se realiza el diseño de aparatos para lograr dicha separación. Esta separación puede tener dos objetivos:
  • Separar una sustancia que esté impurificando un fluido.
  • Separar un compuesto que tenga un valor intrínseco mayor estando por libre.

También es posible la separación basándonos en la diferencia de velocidades de difusión a través de una membrana porosa. Es necesario realizarlo en repetidas ocasiones y no siempre es más corriente la separación por transferencia entre fases.
Esta transformación puede realizarse de distintas formas: modificando la masa o composición del cuerpo primario ya sea mezclándolo, separándole o haciéndolo reaccionar químicamente; modificando la calidad de la energía que posee el cuerpo en cuestión, ya sea por enfriamiento, vaporización, aumento de presión; modificando las condiciones relativas a la cinética del cuerpo primario, ya sea aumentando o disminuyendo su velocidad o modificando la dirección que tiene en el espacio.

De hecho, los cambios mencionados son los únicos cambios posibles que un cuerpo puede experimentar. Un cuerpo está absolutamente definido cuando están especificadas:
  • La cantidad de materia y su composición;
  • La energía total (cualquiera que sea el tipo de energía) de que el cuerpo esté dotado;
  • Las componentes de dirección y velocidad de que está animado.
Lo descrito está basado experimentalmente y soportado matemáticamente por las leyes de la conservación:
  • Ley de la conservación de la materia
  • Ley de la conservación de la energía
  • Ley de la conservación de la cantidad de movimiento
Las operaciones unitarias son comunes en los procesos industriales, sean químicos, físicos o biológicos y se refieren a las etapas individuales y diferenciables entre sí, en que pueden ser divididos tales procesos.
Es la representación real (práctica) de el Balance de masa, Balance de energía y momento, además de el conjunto de estas con su parte matemática traducida a la realidad. Variables de operación, proceso y diseño está relacionado con el fenómeno de transferencia.
PROCESO


Es el conjunto de operaciones unitarias.
Operaciones Unitarias: Es el conjunto de transformaciones físicas, químicas, bioquímicas o biológicas por el cual pasa la materia prima para ser transformado en producto final con características diferentes al inicial; el cual va a ser utilizado por el consumidor.
Esta transformación se la puede obtener cambiando la masa de la materia inicial, o cambiando su cantidad de energía ya sea aumentando su presión, o enfriándolo, etc.

Dibujoalex.JPG

CLASIFICACIÓN


Cada operación unitaria tiene como objetivo modificar las condiciones de una determinada materia prima en una forma más útil para la elaboración del producto deseado. Este cambio puede hacerse principalmente por tres caminos:

  • Modificando su masa o composición (separación de fases, mezcla, etc.)
  • Modificando el nivel o calidad de la energía que posee (enfriamiento, vaporización, aumento de presión)
  • Modificando sus condiciones de movimiento (aumentando o disminuyendo su velocidad o su dirección)

Por lo que las operaciones unitarias pueden clasificarse en:
  • Operaciones de transmisión de Energía.
  • Operaciones de transmisión de Energía y Masa.
  • Operaciones de transporte de Cantidad de Movimiento.


TRANSFERENCIA DE MASAAl poner en contacto 2 fases (sólido, líquido, gas) que no están en equilibrio (cuando no tiene fuerza impulsora), un grupo del componente se transfiere de una fase a otra, tendiendo al equilibrio.
  • Destilación
  • Absorción
  • Extracción
  • Adsorción
  • Intercambio Iónico

TRANSFERENCIA DE CALOREstas operaciones son solo una parte de aquellas controladas por la transferencia de Energía.
  • Evaporación líquido
  • Secado sólido

TRANSFERENCIA DE MASA Y CALOR
  • Humidificación, Deshumidificación
  • Cristalización
  • Secado
  • Liofilización

Operaciones Unitarias

EJEMPLOS DE OPERACIONES UNITARIAS EN LA INDUSTRIA ALIMENTICIA

  1. Obtención de Harina

Fabricación Harina.png
Fig: Elaboración de Harina (Herbida, J)


  1. Proceso de Extracción de Aceites de Semillas



Aceite de Semillas.png
Fig: Obtención de Aceite de Semilla (Herbida, J)


Una introducción a las Operaciones Unitarias





DATOS CURIOSOSAPLICACIONES DE LAS OPERACIONES UNITARIAS