UNIDAD N°1: CONCEPTOS BÁSICOS
UNIDAD N°1: CONCEPTOS BÁSICOS 1. Proce Procesos sos Industria Industriales les Se lo puede definir como el conjunto de actividades u operaciones industriales que tienden a modificar las propiedades de las materias primas, con el fin de obtener prod produc ucto tos s que que sirv sirvan an para para cubr cubrir ir las las nece necesi sida dade des s de la soci socied edad ad.. Esta Estas s modificaciones que se realizan a las materias primas naturales van encaminadas a la obtención de productos que tengan una mayor aceptación en el mercado, o bien que presenten mayores posibilidades de almacenamiento o transporte. Los procesos industriales lo podemos clasificar según: •
Las ropiedades !ntensivas que var"an o no con el tiempo: #$gimen Estacionario. #$gimen %o estacionario. Según el flujo: roceso &iscontinuo. roceso 'ontinuo. roceso Semicontinuo. Según la transformación de la materia prima: (u"mica rocesos !ndustriales. )"sica *peraciones +nitarias ransporte de 'antidad de movimiento. ransferencia de -asa. ransferencia de 'alor. ransferencia de -asa'alor. 'omplementarias.
•
•
•
•
Operaciones Unitarias – Año 201P!"ina 201P!"ina 1
UNIDAD N°1: CONCEPTOS BÁSICOS 2. Según la variación de las propiedades intensivas con respecto al tiempo. Se entiende a las propiedades intensivas como las propiedades f"sico / qu"mica que no dependen de la masa o del tama0o de un cuerpo, por lo que el valor se mantiene inalterado 1punto de ebullición, punto de fusión, densidad, viscosidad, etc2. or ejemplo el punto de ebullición del agua es de 3445', independientemente de la cantidad ya sea 3 litro o 344 litros.
2.1 Régimen Estacionario Se entiende que un sistema se encuentra en r$gimen estacionario cuando todas las variables f"sicas permanecen constantes e invariables con el tiempo, en cualquier punto del sistema, pero pueden ser distintas de unos puntos a otros. or ejemplo un intercambiador de calor en r$gimen estacionario donde ingresa agua para que se caliente de 675' a 845', la temperatura va cambiando de un punto a otro dentro del equipo pero en el mismo punto permanece constante con respecto al tiempo.
2.2 Régimen No Estacionario 'uando las variables intensivas caracter"sticas de la operación no solo pueden variar a trav$s del sistema en cada momento, sino que las correspondientes a cada punto del mismo var"an con el tiempo, el r$gimen se denomina no estacionario. Esto sucede por ejemplo cuando arranca un equipo 9asta que $ste entre en r$gimen las propiedades intensivas var"an con el tiempo.
3. Según el fuo 3.1 Proceso !iscontinuo En los procesos de la industria, las operaciones llevadas a cabo pueden realizarse de diferentes modos. Se entiende como operación discontinua aquella en la que se carga la materia prima en el aparato, y despu$s de realizarse la transformación requerida se descargan los productos obtenidos. Estas operaciones, llamadas tambi$n por cargas o intermitentes, se realizan en una serie sucesiva de etapas: 35 'arga del aparato con las materias primas. 65 reparación de las condiciones para la transformación. 5 ransformación requerida. ;5 &escarga de los productos. 75 Limpieza del aparato. La operación en discontinuo se desarrolla en r$gimen no estacionario, pues sus propiedades intensivas var"an con el tiempo. +n ejemplo de este modo de operar es el prensado de las semillas oleaginosas para obtener aceite.
Operaciones Unitarias – Año 201P!"ina 2
UNIDAD N°1: CONCEPTOS BÁSICOS 3.2 Proceso "ontinuo Las operaciones continuas son aquellas en las que las etapas de carga, transformación y descarga se realizan simult
3.3 Proceso Semi # "ontinuo En algunos casos es muy dif"cil llegar a operar en continuo, y sólo se llega de un modo apro=imado. Esta forma de operar se denomina semicontinua. uede ocurrir que algunos materiales se carguen en el aparato y permanezcan en $l cierto tiempo, de forma discontinua, mientras que otros entran o salen continuamente. &e vez en cuando se necesitar< descargar aquellos materiales que se vayan acumulando. >s", en la e=tracción de aceite por disolventes, se carga la 9arina y se alimenta de forma continua el disolvente? al cabo de cierto tiempo la 9arina se agota de aceite y debe reemplazarse.
$. Según la trans%ormación de la materia prima $.1 &u'mica # Procesos (nitarios Se denomina rocesos unitarios a las etapas de un proceso industrial donde se producen cambios qu"micos de la materia prima, es decir que 9ay reacción qu"mica. or ejemplo en la elaboración de vino, durante el proceso de fermentación el azúcar del mosto se convierte en alco9ol et"lico mediante la acción de las levaduras naturales presentes en el 9ollejo de la uva 1en la pruina2 y en la propia bodega.
$.2 )'sica # *peraciones (nitarias Son las etapas dentro de un proceso industrial donde se producen cambios netamente f"sicos? cada una de estas etapas se denomina *peración @
La finalidad de las *peraciones +nitarias es la separación de dos o m
Operaciones Unitarias – Año 201P!"ina #
UNIDAD N°1: CONCEPTOS BÁSICOS $.2.1 *peraciones movimiento
(nitarias
de
transporte
de
cantidad
de
En estas operaciones se estudian los procesos en que se ponen en contacto dos fases, cuya velocidad es distinta. Las diferentes operaciones incluidas en este apartado se suelen dividir en tres grandes grupos: 'irculación interna de fluidos, circulación e=terna y movimiento de sólidos en el seno de fluidos. •
•
•
Circulación interna de fluidos: Estudio del movimiento de fluidos por el interior de tuber"as. ambi$n se incluye el estudio de los aparatos utilizados en la impulsión de los fluidos 1bombas, compresores y ventiladores2. Circulación externa de fluidos: El fluido circula por el e=terior de un sólido. Se incluyen las operaciones de flujo de fluidos a trav$s de lec9os porosos fijos, lec9os fluidizados 1)luidización2 y transporte neum
$.2.2 *peraciones (nitarias de trans%erencia de materia Estas operaciones est continuación se realiza una breve e=posición de las distintas operaciones incluidas en este grupo. •
•
•
•
Absorción: de un componente de una mezcla gaseosa por un l"quido, según la solubilidad del gas en el l"quido: puede ser con o sin reacción qu"mica. El proceso contrario es la desorción. Extracción: Se basa en la disolución de una mezcla 1l"quida o sólida2 en un disolvente selectivo. uede ser: L"quidoL"quido o SólidoL"quido. Esta última tambi$n se la denomina, Lavado, Li=iviación, etc. Adsorción: ambi$n denominada Sorción. 'onsiste en la eliminación de uno o m
$.2.3 *peraciones (nitarias de transmisión de calor *peraciones est
•
Conducción: En medios materiales continuos, el calor fluye en sentido decrecientede temperaturas, y no e=iste movimiento macroscópico de materia. Convección: El flujo ent
Operaciones Unitarias – Año 201P!"ina $
UNIDAD N°1: CONCEPTOS BÁSICOS •
Radiación: ransmisión de energ"a mediante ondas electromagn$ticas. %o se necesita un medio material para su transmisión.
@asados en estos mecanismos de transmisión de calor se estudian los ratamientos $rmicos 1Esterilización y asteurización2, Evaporación, !ntercambiadores de 'alor, Aornos, etc.
$.2.$ *peraciones (nitarias de trans%erencia simult-nea de materiacalor En estas operaciones e=iste a la vez un gradiente de concentración y de temperatura. •
•
•
ienen tres finalidades: Humidificación y Deshumidificación: Aumidificación y des9umidificación de un gas y enfriamiento de l"quidos. Cristalización: )ormación de part"culas sólidas cristalinas en el seno de una fase 9omog$nea l"quida. Deshidratación: Eliminación de un l"quido contenido en el seno de un sólido.La aplicación de calor 9ace pasar el l"quido, contenido en el sólido, a fase vapor.
$.2./ *peraciones (nitarias complementarias E=isten una serie de operaciones que no se incluyen en esta clasificación, por no basarse en ninguno de los fenómenos de transporte citados anteriormente. >s", dentro de este grupo se incluyen la rituración, -olienda, amizado y -ezclado de sólidos, etc.
/. Planteamiento matem-tico de los pro0lemas Los problemas que se plantean en el estudio de las *peraciones +nitarias son muy diversos, aunque en todas ellas se cumplen las leyes de conservación materia, energ"a, cantidad de movimiento. El aplicar las leyes de conservación a un problema determinado es efectuar un balance de la BpropiedadC a estudiar en dic9o problema. &e forma general, la e=presión de los balances de materia, energ"a y cantidad de movimiento, referidos a la unidad de tiempo, se pueden e=presar como:
Propiedad +ue se ,cumula Propiedad +ue entra al Sistema Propiedad +ue sale del Sistema
Es decir, la entrada al sistema de la propiedad considerada es igual a la que sale m
Operaciones Unitarias – Año 201P!"ina %
UNIDAD N°1: CONCEPTOS BÁSICOS
E = S + A . alance de asa +n balance de masa o de materiales es una secuencia de c
.1 4"ómo resolver un 0alance de masa5 La ecuación de un balance de materia sirve para calcular uno de los t$rminos en función de los dem
or ejemplo, se tiene un fluido diluido que ingresa a un evaporador, a la salida de este tenemos dos corrientes una de vapor de agua y otra del fluido m
Operaciones Unitarias – Año 201P!"ina &
UNIDAD N°1: CONCEPTOS BÁSICOS
•
@alance global:
E = S + A
→
A
=
0
E = S md •
ma
+
mc
@alance de sólidos:
md * χ solidos d solidos
χ a
=
=
solidos * ma * χ solidos m χ + a c c
=
mc * χ solidos c
0
md * χ solidos d •
=
@alance de agua
md * χ d agua
=
ma * χ aagua + mc * χ cagua
6. alance de Energ'a La energ"a total de un sistema corresponde a la sumatoria de tres tipos de energ"a:
Operaciones Unitarias – Año 201P!"ina
UNIDAD N°1: CONCEPTOS BÁSICOS % Ener&'a Cin(tica: energ"a debida al movimiento traslacional del sistema considerado como un todo, respecto a una referencia 1normalmente la superficie terrestre2 o a la rotación del sistema alrededor de un eje. "% Ener&'a )otencial: energ"a debida a la posición del sistema en un campo potencial1campo gravitatorio o campo electromagn$tico2 #% Ener&'a Interna: toda energ"a que posee un sistema que no sea cin$tica ni potencial, tal como la energ"a debida al movimiento relativo de las mol$culas respecto al centro de masa del sistema o energ"a debida a la vibración de las mol$culas o la energ"a producto de las interacciones electromagn$ticas de las mol$culas e interacciones entre los
El principio que rige los balances de energ"a es la ley de conservación de la energ"a que establece que la energ"a no puede crearse ni destruirse. Esta ley es tambi$n llamada primer principio de la termodin
Operaciones Unitarias – Año 201P!"ina '
