Operaciones Unitarias
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Operaciones Unitarias, Esquemas y mapas conceptuales de Ingeniería Matemática
Una introducción a las operaciones unitarias, definiendo estos procesos físicos de transformación donde puede existir un intercambio de energía del tipo físico, de una materia prima en otro producto de características diferentes. Se clasifican las operaciones unitarias según el fenómeno que las precede y la forma de trabajo, y se explican diferentes formas de representarlas a través de diagramas como los de entrada-salida, de bloques, de flujo de proceso (flow-sheet) y de instrumentación y tuberías (p&id). Se detallan algunos ejemplos de operaciones unitarias como la filtración, sedimentación, evaporación, secado y destilación, mostrando sus esquemas y funcionamiento. Finalmente, se concluye resaltando la importancia del conocimiento de las operaciones y procesos unitarios para el cálculo de balances de masa y energía en las líneas de producción industriales.
Tipo: Esquemas y mapas conceptuales
2021/2022
1 / 21
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Operaciones Unitarias
índice
Tema: Operaciones y procesos unitarios
TEMARIO
Introducción
Definición
Representación de operaciones unitarias
Conclusiones
Referencias
Clasificación
1. Introducción
AGENTE
EMULSIFICANTE
CUCHARADITA
SAL
UN POCO DE
PIMIENTA
PARA
CONDIMENTAR
Agregar el aceite formando un hilo muy delgado (250 ml).
Colocar los insumos en el vaso de la licuadora y batir por 2 minutos para incorporar los ingredientes (2 min).
Agregar el zumo de media tapa de limón.
Colocar el producto elaborado en tres (3) depósitos con tapa. Muestra 1. Se evalúa inmediatamente. Muestra 2. Se refrigera y se evalúa a las 24 horas. Muestra 3. Se coloca en el congelador (freezer) y se evalúa al cabo de 3 horas.
NOTA: los agentes emulsificantes que se utilizarán son: Prueba 1: 70g (5 cucharadas) de leche evaporada Prueba 2: 1 huevo mediano entero
Diagrama de flujo de elaboración una mayonesa
Fabricando (2022, 20 de julio) COMO se HACE la MAYONESA industrial | ¿Cómo se produce la mayonesa Hellmann's? [archivo de video] https://www.youtube.com/watch?v=1ka4qyBKZHM
1ER BATIDO
2DO BATIDO
3ER BATIDO
ENVASADO Y ALMACENADO
EVALUAR
Proceso en lotes
Proceso continuo
2. Clasificación
Clasificación de operaciones unitarias
Por el fenómeno que las precede
Según la forma de trabajo
De transferencia de materia De transferencia de energía De transferencia simultánea de materia y energía. De transferencia de cantidad de movimiento. Complementarias
Procesos continuos: La materia prima fluida se procesa por un largo periodo de tiempo (años) sin paro.
Procesos discontinuos: Implica hacer paros y arranques en intervalos frecuentes debido por ejemplo al cambio de insumos.
Procesos por lotes: La materia prima se mezcla toda junta y luego se procesa en una trayectoria especifica bajo ciertas condiciones de operación como temperatura, presión, densidad, viscosidad.
3. Representación de las operaciones unitarias
Las operaciones unitarias se representan a través de diagramas. Estos diagramas pueden ser :
Diagramas de entrada-salida
Diagramas Flow-Sheet o flujo de proceso
Diagramas de bloques
Diagramas de instrumentación y tuberías (P&ID)
3. Representación de las operaciones unitarias
Adaptado de Analysis, Synthesis and Design of Chemical Processes (p. 32), por Rturton, R.C. Bailie, W. B. Whiting, J. A. Shaeiwitz. 2009, Prentice Hall
Diagramas de bloques
Se utiliza para representar las operaciones conectadas indicando el flujo de la corriente de masa.
3. Representación de las operaciones unitarias
Diagramas Flow-Sheet
También denominado de flujo de proceso. Este tipo de diagramas se utiliza para representar con detalle las operaciones unitarias y los instrumentos que se utilizan en la línea de producción a través de pictogramas. Estos pictogramas están figuran en normas ISO.
Walker, Vornel. “Designing a Process Flowsheet.” Chemical Engineering Progress 105 (2009): 15-21.
3. Representación de las operaciones unitarias
Diagramas de instrumentación y tuberías (P&ID)
Estos diagramas se utilizan para detallar la línea de producción con mayor detalle que los diagramas de flujo de proceso porque permite diferenciar los flujos mayores y menores.
Kauffman, D, Flow Sheets and Diagrams,” AIChE Modular Instruction, Series G: Design of Equipment, series editor J. Beckman, AIChE, New York, 1986, vol 1, Chapter G.1.5.
Esquema de un filtro de gravedad
Filtro centrífugo
3. Representación de las operaciones unitarias
En este esquema tenemos una corriente de mezcla que pasa a través de un filtro. Los líquidos que salen del proceso de filtración se denominan filtrado.
En el caso del filtro centrífugo se tiene una cesta perforada giratoria que gira. La fuerza centrífuga hace que el líquido 'pase a través de los agujeros de la cesta y que los sólidos quedan atrapados en las paredes constituyendo la torta de sólidos.
Adaptado de Curso de ingeniería Química: Introducción a las operaciones unitarias y fenómenos de transporte (p. 120), por Mans, C., Cunill, F., Costa, J., Mata, J., Cervera, S., y Esplugas, S., 2013, Reverté.
Adpatado por k. y. Diaz Restropo. Evaluación del comportamiento de materiales alternativos para lechos filtrantes en procesos de potabilización de agua. (2008) https://repository.ucatolica.edu.co/server/api/core/bitstreams/538a7bfd-ba7c- 4599-b7f9-b1282fa53e70/content
Filtración Algunos esquemas de operaciones unitarias de separación de mezclas:
3. Representación de las operaciones unitarias
Evaporador clásico
Los sistemas de evaporación y secado están entre las operaciones más utilizadas en la industria. El sistema de evaporación clásico consiste en darle calor a disolución con el fin de evaporar el solvente,
que normalmente es el agua. El calor proviene de una fuente de vapor de agua como en un sistema de evaporación clásico (a) o aire caliente en un sistema Secado de secado por atomización (b).
Evaporación
Ciclón y su funcionamiento
3. Representación de las operaciones unitarias
Sistema de secado por atomización
El secado por atomización es un proceso especial para secar partículas líquidas en aerosol. El producto sólido aparecerá suspendido en el aire ,y con el fin de precipitar el sólido, la suspensión se hace pasar por una cámara que se denomina ciclón en la que se atrapa la mayor parte del sólido. Los sólidos remanentes se atrapan con una serie de filtro de aire u otros dispositivos.
Adaptado de Risk Logic disponible en https://risklogic.com/spray-dryers/
Secado
Evaporación
4. Conclusiones
Las operaciones y procesos unitarios son cambios que ocurren en las materias primas con el fin de modificarlas. Estas operaciones se pueden clasificar de acuerdo a diferentes criterios y se pueden representar a
través de diagramas específicos.
Existen multitud de operaciones y procesos unitarios que se pueden conectar en una línea de producción, su conocimiento es importante poque permitirá hacer el cálculo de balances de masa y energía.
5. Referencias
Mans, C., Cunill, F., Costa, J., Mata, J., Cervera, S., y Esplugas, S. (2013) Curso de ingeniería Química: Introducción a las operaciones unitarias y fenómenos de transporte. Reverté.
ISO 10628: estándar internacional para los símbolos de los DFP. International Organization for Standardization: ISO.
Fabricando (2022, 20 de julio) COMO se HACE la MAYONESA industrial | ¿Cómo se produce la mayonesa Hellmann's? [archivo de video] https://www.youtube.com/watch?v=1ka4qyBKZHM
k. y. Diaz Restropo (2018) Evaluación del comportamiento de materiales alternativos para lechos filtrantes en procesos de potabilización de agua. https://repository.ucatolica.edu.co/server/api/core/bitstreams/538a7bfd-ba7c- 4599-b7f9-b1282fa53e70/content