Operaciones Unitarias

RADIACIÓN La emisión por radiación se realiza por ondas electromagnéticas. Si la radiación se realiza en el vacío, no se transformará en calor ni en ninguna otra forma de energía. Pero si la radiación incide sobre un medio material, y es absorbida por él, la radiación se transforma en calor y estará suministrando energía al medio material pudiendo producir reacciones fotoquímicas o cualquier otro fenómeno. Se estudia separadamente de la conducción y convección. El fenómeno de la radiación solo tiene importancia a nivel industrial a elevadas temperaturas.

CONVECCIÓN Un fluido, como consecuencia de tener una masa y una velocidad, puede transportar una cantidad de movimiento. Además, en virtud de su temperatura, es capaz de portar una energía. Estrictamente hablando la convección es el transporte de energía por movimiento del medio. En ingeniería hay una explicación más general del término convección. Convección se emplea con el fin de incluir la transferencia de calor desde una superficie a un fluido que se encuentra en movimiento. A este fenómeno se le denomina transferencia de calor por convección. Esta convección puede ser  natural  o  forzada . En el caso de la natural solo actúan fuerzas de flotación en el fluido, las cuales están generadas por las diferencias de densidades que aparecen en el fluido. Las forzadas aparecen cuando ponemos dispositivos mecánicos que comunican al fluido energía poniéndole en movimiento; los dispositivos mecánicos pueden ser bombas,agitadores... Un sólido solo puede recibir o tra...

CONDUCCIÓN Por este mecanismo, el calor puede ser conducido a través de sólidos, líquidos y gases. La conducción se verifica mediante la transferencia de energía cinética entre moléculas adyacentes. En un gas las moléculas “más calientes”, que tienen más energía y movimiento, se encargan de impartir energía a moléculas colindantes que están a niveles energéticos más bajos. Este tipo de transferencia siempre está presente, en mayor o menor grado, en sólidos, líquidos y gases en los que existe un gradiente de temperatura. En la conducción la energía también se transfiere por medio de electrones “libres”, un proceso muy importante en los sólidos metálicos. Entre los ejemplos en los que la transferencia se verifica ante todo por conducción, se cuentan la transferencia a través de paredes o intercambiadores de una nevera, el tratamiento térmico en el forjado de acero, la congelación del suelo durante el invierno, etcétera .

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 se 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, dondo se sustituyen los iones indicados por sodio, que no forma sales insolubles. Las resinas con el paso del agua dura se agotan y deben regenerarse con la operación inversa, es decir, haciendo circular a su través una disolución saturada de NaCl. La desmineralización del agua, es la eliminación de los iones que contenga.  Se lleva a...

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. Solamente los sólidos que poseen una superficie específica (área superficial por unidad de peso) elevada serán adsorbentes de interés (carbón activo, gel de sílice, alúmina, etc...) Como dato indicar que un gramo de carbón activo dispone de una superfice adsorbente superior a 1000  m 2 . La operación inversa es la desorción, usada para la regeneración del adsorbente y para la recuperación del soluto, si éste es económicamente interesante.  La operación de adsorción se realiza colocando dos lechos adsorbentes en paralelo. En un momento determinado uno de ellos está en operación ...

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 sólido-líquido 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. 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. El contacto por etapas puede realizarse de distintas maneras según...

ABSORCIÓN Operación unitaria en la que se eliminan LIQIN GASOUT uno ó más componentes de una corriente gaseosa al ser absorbidos por un líquido no volátil (solvente). El solvente líquido debe agregarse como agente de separación . Compuestos de punto de licuefacción muy bajo GASIN LIQOUT y pensiones de vapor muy parecidas. Tipos de absorción - Física: El gas se elimina por tener  - Química: l l mayor solubilidad en el solvente que otros gases. El gas que se va eliminar reacciona con el solvente y queda en solución. Puede ser reversible o irreversible. Aplicaciones industriales Eliminación de butano y pentano de una mezcla gaseosa de refinería utilizando un aceite pesado. Eliminación de contaminantes inorgánicos solubles en agua de corrientes de aire. Como dispositivos de recuperación de productos valiosos. Eliminación de impurezas en productos de reacción.  Eliminación de CO2 o de H2S por reacción con NaOH en una corriente de gases.  ...

DESTILACIÓN La destilación es un proceso que consiste separar los distintos componentes de una mezcla mediante el calor. Para ello que se calienta esa sustancia, normalmente en estado líquido, para que sus componentes más volátiles pasen a estado gaseoso o de vapor y a continuación volver esos componentes al estado líquido mediante condensación por enfriamiento. El principal objetivo de la destilación es separar los distintos componentes de una mezcla aprovechando para ello sus distintos grados de volatilidad. Otra función de la destilación es separar los elementos volátiles de los no volátiles de una mezcla. Aparato de destilación Técnicamente el término alambique se aplica al recipiente en el que se hierven los líquidos durante la destilación, pero a veces se aplica al aparato entero, incluyendo la columna fraccionadora, el condensador y el receptor en el que se recoge el destilado. Este término se extiende también a los aparatos de destilación destructiva o craqueo. Lo...

Las operaciones unitarias se clasifican en: Etapas físicas. Etapas químicas. Etapas bioquímicas. Según la propiedad transferida, se clasifican en: Operaciones unitarias de transferencia de materia. Operaciones unitarias de transferencia de energía. Operaciones unitarias simultáneas. Operaciones unitarias: Materia: -Destilación -Absorción -Extracción -Adsorción -Intercambio iónico Energía: -Conducción -Convección -Radiación Simultánea: -Cristalización -Secado -Liofilización

Diseño eficiente de cada etapa del proceso y a cada una de ellas se les conoce como operaciones unitarias o básicas. Proceso: recibe el nombre de proceso el conjunto de actividades u operaciones industriales que tienden a modificar las propiedades de las materias primas con el fin de obtener productos que sirvan para cubrir las necesidades. Estas modificaciones que se realizan  a las materias primas naturales, van encaminadas a la obtención de productos que tengan mayor aceptación en el mercado, o bien que presenten mayores posibilidades de almacenamiento o transporte. Diagrama de flujo: los procesos suelen esquematizarse mediante diagramas de flujo. Estos son esquemas de todo el proceso que indican las diferentes etapas de fabricación, así como el flujo de materia y energía  involucrados en dicho proceso. existen diferentes tipos, siendo el mas utilizado el de bloques o rectángulos. en ellos cada etapa del proceso se representa con un bloque que tiene entradas y sali...

La temperatura máxima de los gases quemados al interior del cilindro de un MCIA es del orden de los 2500K Las temperaturas máximas que resisten los metales que se emplean para fabricar los motores son mucho más bajas, por esta razón es necesario refrigerar culata, cilindro y pistón. Todas estas condiciones llevan a que los flujos de calor a las paredes de la cámara alcancen valores de hasta 10MW /m durante el período de combustión. Sin embargo, en otras partes del ciclo, el flujo de calor llega a ser prácticamente cero. El flujo varía sustancialmente con la ubicación; aquellas regiones de la cámara que están en contacto con el movimiento rápido de los gases quemados a elevada temperatura son las que están sometidas a los flujos más altos. En estas regiones, se deben mantenerlas temperaturas lo suficientemente bajas para lograr evitarla fatiga térmica (inferiores a 400C para fundiciones grises y de 300C para aleaciones de aluminio). Las paredes del cilindro del lado del gas, deberán m...

Tipos de intercambiadores de calor De contacto directo: intercambio por mezcla física de fluidos. De contacto indirecto: los fluidos no se mezclan, están separados por un tabique sólido, espacio o tiempo se transmite por convección y conducción a través de la pared separadora. De superficie: la transmisión de calor es por conducción. Dependiendo de la forma pueden ser:     De placas:  la superficie de separación entre ellos es una pared plana.     De tubos:  la separación entre fluidos es la pared de un tubo cilíndrico, pueden ser:       Flujo cruzado: cuando las corrientes de los fluidos forman ángulos entre si. usados para                         intercambiar liquido y gas.      Flujo paralelo:  cuando las corrientes de ambos fluidos discurren paralela en la misma direccion    ...