Operaciones de Procesos Unitarios, Ejercicios de Física

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CAPÍTULO 1

1. Elabore un diagrama conceptual de una industria.

El diagrama de flujo es una herramienta fundamental para la elaboración de un procedimiento, ya que a través de ellos podemos ver gráficamente y en forma consecutiva el desarrollo de una actividad determinada.

Los diagramas de flujo representan en forma gráfica la secuencia que siguen las operaciones de un determinado procedimiento y/o el recorrido de las formas o los materiales. Muestran las unidades administrativas (procedimiento general) o los puestos que intervienen (procedimiento detallado) para cada operación descrita, y puede indicar además, el equipo que se utilice en cada caso.

El Diagrama de Flujo de Proceso es una representación esquemática del proceso, sus condiciones de operación normal y su control básico. Este también indica los efluentes (líquidos, gases o sólidos) emanados del proceso y su disposición. El diagrama incluye el balance de masa e información para el diseño y especificación de equipos, además sirve de guía para desarrollar el Diagrama de Tubería e Instrumentación.

2. Indique cada una de las partes que lo integren.

• Industriales: Son las que se dedican a transformar la materia prima en productos terminados. Se dedican a la producción de bienes, mediante la transformación de la materia prima a través de los procesos de fabricación. Ejemplos: fábricas de telas, fábricas de camisas, fábricas de muebles, fábricas de calzado, fábrica de pulpas, mermeladas y encurtidos.
• Comerciales: Son Empresas que se dedican a la compra y venta de productos terminados, tales como almacenes, librerías, farmacias, supermercados.
• De servicios: Son las que buscan prestar un servicio para satisfacer las necesidades de la comunidad. Ejemplos: Servicios en salud, en educación, transporte, recreación, servicios públicos, seguros, y otros servicios.

b. Según la propiedad:

• Privadas: Son las empresas que para su constitución y funcionamiento necesitan aportes de personas particulares. Ejemplos: un centro educativo, un supermercado propiedad de una familia, un taller de carros, una fábrica de ropa, una empresa de lácteos.
• (^) Oficiales o Públicas: Son las empresas que para su funcionamiento reciben aportes del Estado. Ejemplos: Hospitales Departamentales, Colegios Nacionales.
• De economía mixta: Son las empresas que reciben aportes de los particulares y del Estado.

c. Según su tamaño

• Microempresa: Posee menos de 10 trabajadores.
• Pequeña empresa: Es la que maneja escaso capital. Su contabilidad es sencilla, cuenta con menos de 50 empleados trabando en la empresa y cubre una parte del mercado local o regional.

• Mediana empresa: En este tipo de empresa puede observase una mayor especialización de la producción o trabajo, en consecuencia el número de empleados es mayor que el anterior, tiene de 50 a 250 empleados laborando, la inversión y los rendimientos obtenidos ya son considerables, su información contable es amplia y su producto solamente llega al ámbito nacional.
• Gran empresa: Es la de mayor organización, posee personal técnico, profesional y especializado para cada actividad, las inversiones y rendimientos son de mayor cuantía. Tiene más de 250 empleados, y su producto abarca el mercado internacional.

d. De acuerdo con el número de propietarios.

• Individuales: Se denominan también empresas unitarias o de propietario único. En ellas, aunque una persona es la dueña, la actividad de la empresa se extiende a más personas, quienes pueden ser familiares o empleados particulares.
• Unipersonales: Es la persona natural o jurídica, que, reuniendo las calidades jurídicas para ejercer el comercio, destina parte de sus activos para una o varias actividades de carácter mercantil. La empresa unipersonal una vez inscrita en el registro mercantil forma una persona jurídica.

e. Según las sociedades:

Son las empresas de propiedad de dos o más personas llanadas socios. Las personas se agrupan por medio de un contrato de sociedad, y se denominan socios, los cuales hacen un aporte en dinero, en trabajo o en bienes apreciables en dinero, con el fin de repartirse entre si las utilidades obtenidas en la empresa o actividad social.

• Sociedad Colectiva: Está constituida por dos o más personas; los socios pueden aportar dinero o bienes, y sus responsabilidad es ilimitada y solidaria. La razón social se forma con el nombre o apellidos de uno o varios socios seguido de la expresión & Compañía.
• Sociedad en comandita simple: Se forma por dos o más personas, de las que por lo menos una tiene responsabilidad ilimitada; en la razón social debe figurar el nombre o apellido de los socios que tienen responsabilidad ilimitada, seguido de la expresión & Cía. S. en C.

El valor medido de estas propiedades no depende de la cantidad de cuerpo material, su valor es constante a ciertas condiciones en la que se efectúa la medida, ejemplo: densidad, temperatura de ebullición, color, olor, sabor, calor latente, electronegatividad, etc.

• Proceso Químico: Es aquel donde ocurre un cambio en la estructura de la materia, es decir, en donde al final se obtiene una nueva sustancia con propiedades diferentes a la o las sustancias de origen. Por ejemplo, cuando la pera se oxida, cuando se quema una semilla de eucalipto o cuando se enciende un fósforo.
• Proceso Fisioquimico

Es un proceso en el cual ocurren cambios físicos y químicos, los que están íntimamente relacionados con las propiedades físicas y químicas de las moléculas. En el caso de la flotación, las características y propiedades físicas del cobre permiten que éste sea atraído hacia las burbujas de aire

7. Explique en qué parte de la industria se necesitan controles de calidad.

Se induce a creer que la calidad depende del proceso de inspección y no del de producción o ejecución. Esto implica el surgimiento de cierta falta de compromiso o despreocupación de los ejecutantes para hacerlo bien a la primera, por lo tanto los posibles errores serán detectados y corregidos por la inspección o el control posterior.

Este tipo de control aumenta mucho los costos de los procesos por la necesidad de crear un equipo especializado en el control. El costo de los procesos clásicos de Control de Calidad puede elevarse hasta un 35% de la cifra de ventas.

En ocasiones, es el jefe inmediato el que realiza este tipo de Control de Calidad. El mando tiene que supervisar el trabajo y es responsable de la calidad del mismo. Pero si su labor de supervisión consiste en revisar todo el trabajo de sus subordinados, en puridad, esto significa una duplicación del trabajo de éstos, y la disminución o eliminación del uso de la cadena de mando para otros cometidos.

Así pues, desde los años 30 a los 60, el énfasis se centraba en la labor de inspección y en el establecimiento de tolerancias para los productos, y este control se llevaba a cabo en la recepción de materiales y, al final, en el control de productos acabados.

El objetivo era limitar el envío de unidades defectuosas al mercado. No evitaba los defectos de fabricación, por lo que había un costo elevado de no-calidad, ya que los productos que no pasaban el control tenían que ser eliminados o reparados, reprocesado en terminología propia de la calidad.

8. (^) Explique la diferencia entre un subproducto y desecho industrial.

• (^) Un subproducto: Es un producto secundario y, a veces, inesperado. También se llama subproducto al residuo de un proceso al que se le puede sacar una segunda utilidad. No es un desecho porque no se lo elimina sino que se lo usa para otro proceso. Es ventajoso encontrar una utilidad para los desechos y convertirlos en subproductos reutilizables de algún modo. Así, en vez de pagar el costo de eliminar el desecho, se crea la posibilidad de obtener un beneficio. Además de la ventaja económica está la ventaja ambiental de reducir o eliminar los residuos que en otro caso recibiría el entorno.
• Desechos industriales: Es cualquier elemento, sustancia u objeto en estado sólido, semisólido, líquido o gaseoso, obtenido como resultado de un proceso industrial, por la realización de una actividad de servicio, o por estar relacionado directa o indirectamente con la actividad, incluyendo eventuales emergencias o accidentes, del cual su poseedor productor o generador, no pueda utilizarlo, se desprenda o tenga la obligación legal de hacerlo.

SUBPRODUCTOS DESECHOS Material que puede ser recirculado a la planta productiva.

No tiene utilidad para la planta productiva.

Posee valor económico considerable.

Material que sale de la industria y que no es necesariamente aprovechada.

9. Explique las diferencias entre empresa de extracción, transformación y explotación.

• La industria de extracción: También llamada industria extractiva se integra por extracción de petróleo y minería.
• La industria de transformación: Incluye todas las demás ramas industriales, como envasado de frutas y legumbres, refrescos embotellados, abonos y fertilizantes, vehículos, cemento, aparatos electrodomésticos, etc.
• La industria de explotación: Industria cuya actividad principal es la explotación y tratamiento de materiales rocosos, arcillosos, arenosos, etc. Explotación conjunto organizado de medios materiales (capital) y humanos (trabajo) que, en un determinado lugar geográfico, están dedicados a la producción de uno o varios bienes o la prestación de uno o varios servicios, bajo una dirección única.

Se origina mediante de reacciones de procesos químicos que le presentamos a continuación.

Na2O + H2O ----> Na(OH), eso es un hidróxido de sodio.

Por otro lado se produce el óxido sulfúrico que es

S + O ----> SO3 (teniendo en cuenta que el estado de oxidación del azufre es +6). Luego se suma con agua así:

SO3 + H2O ----> H2SO4 (ácido sulfúrico)

Y por último se suma el hidróxido de sodio con el ácido sulfúrico así

H2SO4 + Na(OH) -----> Na2(SO4) + H2O (sulfato de sodio)

Y su composición es:

H2SO4 (ácido sulfúrico) que ha perdido 2 H

NaOH (hidróxido de sodio) que ha perdido un OH

• Carbón vegetal Se origina por calentamiento de madera y residuos vegetales, hasta temperaturas que oscilan entre 400 y 700 °C, en ausencia de aire Es un material combustible sólido, frágil y poroso compuesto por un alto contenido en carbono (del orden del 98%).
• Insumos:
• (^) fuel-oil

16.- Identifique los suministros del proceso.

• (^) Polvo de cuarzo fino
• Sulfato sódico
• Carbón vegetal
• Fuel-oil

17.- ¿Cuáles son los subproductos?

• Bióxido de carbono
• Bióxido de azufre

18. Identifique los procesos físicos (operaciones unitarias).

• Secado
• Mezclado

19. (^) Mencione los procesos químicos (procesos unitarios).

• Calcinación: En el proceso de hidrogenación del carbono, para obtener gasolina sintética, se alimenta carbón y un catalizador a un triturador y la descarga se empasta con aceite en un depósito. En seguida, una bomba toma la pasta, la comprime y la introduce en un horno donde se realiza la reacción de hidrogenación a 450 °C y 200 atm. El producto caliente pasa por una centrifuga para separar la materia volátil, la cual se envía a una columna de destilación. El aceite pesado que se descarga de la centrifuga y de la columna del fondo, va hacia un depósito para recircularlo después y empastar más carbón. El destilado de la columna se lleva al horno de gasolina donde reacciona con hidrogeno en presencia de un catalizador granulado, a 200 atm y 450°C. El producto gaseoso pasa a otra columna de destilación que descarga gases licuables (principalmente propano) y como producto de fondo es gasolina que se purifica con lejía alcalina (hidróxido de sodio).

20. (^) ¿Cuáles son las materias primas que se utilizan en el proceso antes descrito? Clasifíquelas de acuerdo con su composición y origen.

Encontramos al carbón, hidrogeno, aceite, catalizador, lejía alcalina (hidróxido de sodio).

✓ CARBON

CLASIFICACION SEGÚN ORIGEN:

• CARBONES HUMICOS

Carbón que ha sido formado a partir de la acumulación de restos vegetales que han conservado su estructura morfológica. La mayoría de los carbones húmicos son bandeados y tienden a desarrollar superficies de clivaje. Las variedades bituminosas están incluidas dentro de este grupo.

• CARBONES SAPROPELICOS

Los carbones sapropélicos no presentan laminaciones o un bandeado fino. Son homogéneos, más resistentes y duros. Pueden presentar una apariencia algo parecida al litotipo dureno de los carbones húmicos. Suelen ser más densos porque contienen cantidades significativas de materia mineral debido a que su origen es subacuático, es decir, se forma a partir de una acumulación importante de polen, esporas o algas, dentro de un lago, donde puede decantar partículas finas de arcilla. Aunque formalmente no se han definido litotipos en estos carbones, existen dos tipos principales de carbones sapropélicos, con tipos de transición entre éstos: CANNEL y BOGHEAD

CLASIFICACION SEGÚN SU COMPOSICION:

• POLIGLICOLES

• FOSFATO ESTERES

CLASIFICACION SEGÚN SU COMPOSICION:

La mayor proporción de un aceite la constituyen los triglicéridos (también llamados triacilgliceroles), que son el resultado de la combinación de los tres grupos alcohólicos del glicerol (glicerina) con tres ácidos grasos igual o distinto. También pueden estar presentes monoglicéridos y diglicéridos, en los que cada molécula de glicerina se combina con uno o con dos moléculas de ácidos grasos, respectivamente, y también ácidos grasos libres (a los que se debe la acidez). En ese medio están disueltas otras sustancias como vitaminas, esteroles (colesterol en las grasas animales y fitoesteroles en las vegetales), así como pigmentos (la clorofila da tonos verdes, los carotenoides amarillos a rojos) y otras sustancias liposolubles (tocoferoles…). Las grasas tienen mala prensa porque cada gramo aporta a la dieta en torno a 9 kilocalorías, pero suele desconocerse que el 50% del peso seco del cerebro humano está constituido por lípidos

✓ CATALIZADOR

CLASIFICACION SEGÚN ORIGEN:

Haciendo referencia a su modo de acción o a su naturaleza, a veces se distinguen otros tipos, entre ellos:

Electrocatalizador: colabora en la transferencia de electrones entre el electrodo y los reactivos, y facilita una transformación química intermedia (semirreacción). Por ejemplo, se emplean estos catalizadores en la producción de hidrógeno a partir de la electrólisis de agua.

Organocatalizador: pequeñas moléculas orgánicas libres de metales con muy baja sensibilidad a la humedad y al oxígeno, por lo que no exigen condiciones de reacción especiales. Son particularmente atractivas para ser usadas en la preparación de compuestos en los que no se admite la contaminación con metales (medicamentos, por ejemplo).

Catalizador biológico: el ejemplo clásico son las enzimas intervienen en diversos procesos naturales e industriales.

Catalizador de partículas sólidas: Por ejemplo, los catalizador sólidos metálicos de automóvil, que aceleran la transformación de los gases de combustión que se quiere eliminar (principalmente monóxido de carbono, óxido de nitrógeno e hidrocarburos asociados a la combustión incompleta o ineficiente).Dentro de estos encontramos a los llamados catalizadores de tres vías, porque eliminan los tres contaminantes principales en el mismo compartimento.

CLASIFICACION SEGÚN SU COMPOSICION: En primer lugar, los catalizadores pueden clasificarse en dos grandes grupos, teniendo en cuenta si aceleran o retardan el proceso químico:

• Catalizador positivo: es el que aumenta la velocidad de una reacción; son los más comunes.

• Catalizador negativo (o inhibidor): retarda el proceso químico. De acuerdo con la fase en que se encuentran se distinguen dos tipos:
• Catalizador homogéneo: el catalizador está en la misma fase que los reactivos y se combina con alguno de ellos para generar un compuesto intermediario inestable, que rápidamente se tiende a combinar con más reactivo y genera así más producto.
• Catalizador heterogéneo (o de contacto): los reactivos y el catalizador no están en la misma fase; esos son materiales que ofrecen superficies adsorbentes, las que consiguen aumentar la concentración y superficie de contacto entre los reactivos, o bien debilitan las uniones y disminuyen así la energía de activación. Los metales y los óxidos de metales (de níquel. platino, hierro) son los más comunes.

✓ LEJÍA ALCALINA (HIDROXIDO DE SODIO)

COMPOSICON FÍSICA

Punto de ebullición: 1388ºC (a 760 mm de Hg) Punto de fusión: 318.4 ºC Indice de refracción a 589.4 nm: 1.433 ( a 320 º) y 1.421 (a 420 ºC) Presión de vapor: 1mm (739 ºC) Densidad: 2.13 g/ml (25 ºC) Solubilidad: Soluble en agua, alcoholes y glicerol, insoluble en acetona (aunque reacciona con ella) y éter. 1 g se disuelve en 0.9 ml de agua, 0.3 ml de agua hirviendo, 7.2 ml de alcohol etílico y 4.2 ml de metanol. pH de disoluciones acuosas (peso/peso): 0.05 %:12; 0.5 %: 13 y 5 %: 14. Calor específico: 0.35 cal/g oC (20 oC) Calor latente de fusión: 40 cal/g Calor de formación: 100.97 Kcal/mol (forma alfa) y 101.95 Kcal/mol (forma beta) Calor de transición de la forma alfa a la beta: 24.69 cal/g Temperatura de transición: 299.6 oC Energía libre de formación : 90.7 Kcal/ mol (a 25 oC y 760 mm de Hg).

COMPOSICION QUÍMICA

El Hidróxido de Sodio es una base fuerte, se disuelve con facilidad en agua generando gran cantidad de calor y disociándose por completo en sus iones, es también muy soluble en Etanol y Metanol. Reacciona con ácidos (también generando calor), compuestos orgánicos halogenados y con metales como el Aluminio, Estaño y Zinc generando Hidrógeno, que es un gas combustible altamente explosivo (1, 3, 4). El Hidróxido de Sodio es corrosivo para muchos metales. Reacciona con sales de amonio generando peligro de producción de fuego, ataca algunas formas de plástico, caucho y recubrimientos

El Hidróxido de Sodio Anhidro reacciona lentamente con muchas sustancias, sin embargo la velocidad de reacción aumenta en gran medida con incrementos de temperatura. Los metales más nobles como el Níquel, Hidróxido de Sodio Plata y Oro son atacados solo a altas temperaturas y en atmósferas oxidantes (1). En presencia de la humedad del ambiente, el hidróxido de sodio reacciona con el Dióxido de Carbono para generar Carbonato de Sodio. Reacciona con el Monóxido de Carbono bajo presión para dar formato de Sodio, también en presencia de humedad.

de investigación deberá estar encargado de investigar la manera de eliminarlos sin producir daños al medio ambiente; una vez que se dictamina la mejor manera de eliminarlos, corresponde a la planta piloto aplicar la técnica correspondiente para tratarlos y desecharlos en una forma segura y confiable). DESECHO-------- Los residuos de la purificación del propano, vapor

22. Identifique las operaciones unitarias y los procesos unitarios que se llevan a cabo en este proceso de producción: