OPERACIONES UNITARIAS EN INGENÍERIA
QUÍMICA
1. INTRODUCCIÓN
En 1915, en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) los
profesores Walter, Lewis, y McAdams le dieron forma al primer paradigma que
impulsó la ingeniería química. Se trata de operaciones
comunes a muchos procesos industriales, resultado de la alta demanda para
producción a gran escala, que necesitan un control de la estructura y
composición química de los productos. Desde entonces se
decidió incluir en el plan de estudios de los ingenieros
químicos, la asignatura Operaciones Unitarias.
Por eso, la asignatura es considerada como una rama imprescindible y clave en
la materia de estudio de la ingeniería, ya que representa todo el campo
de aplicación industrial, dada la naturaleza de sus procesos que deben
ser eficaces y económicos.
Luego para entender la importancia de las Operaciones Unitarias, se
indagara su concepto, y después se abarcara su clasificación
de acuerdo a la propiedad que predomina en una transformación, es decir,
en operaciones físicas y químicas.
2. PLANTEAMIENTO
El presente trabajo tiene como objetivos primarios, informar sobre las
operaciones unitarias, dando a conocer conceptos generales y cualitativos,
basandose en libros especializados en el tema, de alta confianza;
después a partir de ellos se llegara una conclusión final
y unificadora.
El cuerpo del trabajo, comprende el desarrollodel objetivo, mediante mapas
conceptuales, graficos y demas recursos educativos, que permitan
facilitar la aprehensión de lo expuesto.
Ademas, el objetivo secundario, es mi expectativa esperada, es decir,
que los lectores comprendan el tan importante marco teórico y
practico de las operaciones unitarias, una asignatura considerada a mi
parecer como clave en el éxito experimental de todos los ingenieros
químicos.
3. DESARROLLO
Para comenzar a entender las Operaciones Unitarias, primero recordemos su
definición. Según McCabe es la siguiente: mediante el estudio
sistematico de estas operaciones en sí mismos –operaciones
que evidentemente constituyen la trama de la industria y las líneas de
producción- se unifica y simplifica el tratamiento de todos los
procesos[1].
Para ampliar mas el concepto, lea el siguiente que fue introducido por el
profesor Little en 1915, del Massachussets Institute of Technology (MIT):
“ todo proceso químico conducido en cualquier escala puede
descomponerse en una serie ordenada de lo que pudieran llamarse operaciones
unitarias, como pulverización, secado, cristalización,
filtración, evaporación, destilación, etc. El
número de estas operaciones basicas no es muy grande, y
generalmente sólo unas cuantas de entre ellas intervienen en un proceso
determinado.”[2]
De acuerdo a lo anterior, se deduce que la aplicación es definitivamente
industrial, yque sus objetivos son economizar los procesos y unificarlos en una
serie de etapas repetitivas, para así llegar a un producto manufacturado
final. Es decir que un proceso determinado sera, por tanto, la
combinación de operaciones unitarias.
Ademas, en cada proceso se cambian las condiciones de una determinada
cantidad de materia, es decir, de las siguientes formas:
• Modificando sus condiciones de movimiento (aumentando o disminuyendo su
velocidad o su dirección).
• Modificando su masa o composición (separación de fases,
mezcla, reacción química,…).
• Modificando el nivel o calidad de la energía que posee
(enfriamiento, vaporización, aumento de presión,…).
Luego los procesos involucrados son tanto físicos como químicos,
que se pueden medir, y para tal fin se necesita un sistema de unidades. Pero
como la industria es de caracter internacional, hay diferentes sistemas
de unidades: Sistema Internacional de Unidades (SI); unidades CGS (centímetro-gramo-segundo)
y unidades de ingeniería (fps). Todos estos sistemas son aceptados, y
por ello siempre se debe convertir las unidades correctamente, para que no
hallan malinterpretaciones y errores cuando se comparte un proceso entre
industrias.
En fin, podemos concluir que las Operaciones Unitarias se clasifican de la
siguiente forma: (ver figura 1)
Ahora para definir todas las operaciones, se ocuparía demasiado
espacio,así que por cuestiones estéticas, solo daré el
concepto de las mas relevantes.
Empezando por la Destilación, es un método para separar dos o
mas componentes de una mezcla líquida aprovechando la diferencia
en las volatilidades; depende de la distribución de las sustancias entre
una fase gaseosa y una fase líquida (ejemplo: solución de
amoníaco en agua con presencia de oxigeno). Cuanto mayor sea la
diferencia de volatilidades entre los componentes de la mezcla, mayor
sera la diferencia entre la composición del líquido y del
vapor que se generan. Así, la mezcla líquida a su punto de ebullición
desprendera vapores mas ricos en componentes volatiles.
Los vapores se condensaran aparte constituyendo el destilado.
Ademas cabe aclarar que la destilación es un proceso diferente a
la operación unitaria evaporación. Por último, esta
operación es considerada la mas utilizada en ingeniería
química y, de hecho es la mas importante de todas las operaciones
de transferencia de masa.
Otro es la Absorción, es una operación en la cual una mezcla
gaseosa se pone en contacto con un líquido, a fin de disolver de manera
selectiva uno o mas componentes del gas y de obtener una solución
de éstos en el líquido. Los procesos químicos en los que
se aplica la absorción es la eliminación de gases acidos,
por ejemplo, el secado del cloro (con H2SO4).
La Extracción se puede diferenciar en dos tipos:
extracciónlíquido-líquido, es la separación de
componentes de una solución líquida por contacto con otro
líquido insoluble; ya que tiene muchas ventajas en cuanto a las
instalaciones sencillas, y la selección del disolvente para componentes
químicos similares, a comparación de la destilación, se
usa mucho a escala industrial, especialmente en la industria del
petróleo. El otro tipo es extracción sólido-líquido
o también llamada Lixiviación. Esta última es la
disolución preferente de uno o mas componentes de una mezcla
sólida por contacto con un disolvente líquido. Esta
operación es muy antigua, y recibió muchos nombres, tal como
“la colada”, pero por lo común se usa el término
extracción. Las industrias metalúrgicas, son las que mas
utilizan esta operación.
La Adsorción 4.4 p.27
5. BIBLIOGRAFÍA
• Mc.Cabe, Smith & Peter Harriott, OPERACIONES UNITARIAS EN
INGENIERÍA QUÍMICA, 7ª edición, McGraw Hill, impreso
en México 2007, 1189 paginas, ISBN: 970-10-6174-9
• Orozco, OPERACIONES UNITARIAS, 1ª edición, Editorial
Limusa, impreso en México 1998, 200 paginas, ISBN: 968-18-5518-3
• J. Costa López, Cervera March, Cunill García, Esplugas
Vidal, Mans Teixidó & Mata Alvarez, CURSO DE
INGENIERÍA QUÍMICA: INTRODUCCIÓN A LOS PROCESOS, LAS
OPERACIONES UNITARIAS Y LOS FENÓMENOS DE TRANSPORTE, 2ª
edición, Reverté. S.A., impreso en España 1998, 440
paginas, ISBN: 84-291-7126-6
• Mc.Cabe, Smith & PeterHarriott, OPERACIONES UNITARIAS EN
INGENIERÍA QUÍMICA, 4ª edición, McGraw Hill, impreso en
México 1991
• T. Michael Duncan y Jeffrey A. Reimer, CHEMICAL ENGINEERING, DESIGN AND
ANALYSIS: AN INTRODUCTION, Cambridge University Press, 1998, 380
paginas, ISBN: 0-521-63041-X
• Regina Murphy, INTRODUCCIÓN A LOS PROCESOS QUÍMICOS:
PRINCIPIOS, ANALISIS Y SÍNTESIS, serie Ingeniería
Química, McGraw Hill, impreso en México 2007, 680 paginas,
ISBN-13: 978-970-10-6199-2
• Foust, Wenzel, Clump, Maus & Andersen, PRINCIPIOS DE OPERACIONES
UNITARIAS, 2ª edición, CECSA, impreso en México 2004, 751
paginas, ISBN: 968-26-0776-0
• Perry, Green & Maloney, PERRY MANUAL DEL INGENIERO QUÍMICO,
3ª edición, McGraw Hill, impreso en México 1996, ISBN:
968-422-096-0
• Gomis Marcilla, INTRODUCCIÓN A LAS OPERACIONES DE
SEPARACIÓN: CALCULO POR ETAPAS DE EQUILIBRIO, edición
ilustrada, Universidad de Alicante, 1999, 221 paginas, ISBN:
84-7908-405-7
• McCabe & Smith, OPERACIONES BASICAS DE INGENIERÍA
QUÍMICA, edición en español, Editorial Reverté,
impreso en España 1981, 564 paginas, ISBN: 84-291-7360-9
----- ----- -------------
[1] Mc.Cabe, Smith & Peter Harriott, Operaciones Unitarias en
Ingeniería Química, 4ª edición, McGraw Hill, 1991, p.
5.
[2] Gomis Marcilla, Introducción a las Operaciones de Separación:
Calculo por Etapas de Equilibrio, edición electrónica,
Universidad de Alicante, 1999, p.12.
