Te damos la bienvenida a nuestro blog académico sobre Operaciones Unitarias, creado por estudiantes de Ingeniería Industrial. Redactaremos las bases, definiciones y todo lo relacionado con esta materia.
ARBOLEDA BRIONES DOMENICA YULIANA
PIN CEVALLOS MICKYE VICENTE
SALTOS GONZALEZ JEANCARLOS ALEXANDER
VILLACRESES SANCHEZ JOSE SEBASTIAN
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Los intercambiadores de calor son dispositivos diseñados para transferir calor de un fluido a otro, sin que estos lleguen a mezclarse entre sí. Son ampliamente utilizados en una variedad de aplicaciones industriales para el calentamiento, enfriamiento y recuperación de calor en procesos térmicos. Son equipos que facilitan el intercambio de energía térmica entre dos fluidos a diferentes temperaturas, permitiendo que el calor se transfiera de un fluido al otro sin que se mezclen. Esto se logra a través de superficies de intercambio, como tubos, placas o regeneradores, que maximizan la eficiencia de transferencia de calor.
Según el tipo de fluidos: Los intercambiadores de calor se
clasifican en función de la naturaleza de los fluidos que intercambian calor,
pudiendo ser de líquido a líquido, líquido a gas, gas a gas, etc.
Según el diseño: Pueden ser de diferentes tipos, como de
carcasa y tubos, de placas, de haz tubular, de doble tubo, entre otros, cada
uno con aplicaciones específicas según las necesidades de intercambio de calor.
Los intercambiadores de calor se utilizan en una amplia gama de aplicaciones industriales, incluyendo:
Industria alimentaria: para el procesamiento de alimentos,
esterilización, pasteurización, etc.
Industria química: en la producción de productos químicos,
refinación de petróleo, síntesis química, etc.
Industria de energía: en plantas de energía, centrales
térmicas, refrigeración, etc.
Industria farmacéutica: para la fabricación de medicamentos,
esterilización, purificación, etc.
Los condensadores son dispositivos diseñados para transferir calor al ambiente circundante, convirtiendo un vapor en líquido o sólido a través de la condensación. Estos componentes son fundamentales en una amplia gama de aplicaciones industriales para la extracción de calor de sistemas de refrigeración, aire acondicionado, generación de energía y procesos químicos. Son equipos que transforman un vapor en estado gaseoso en un líquido, liberando calor en el proceso. Esto se logra al exponer el vapor a una superficie de enfriamiento, lo que provoca la condensación y la transferencia de calor al medio circundante.
Esquema:
Según el medio de enfriamiento: Los condensadores pueden ser
enfriados por aire o por agua, lo que determina su clasificación como
condensadores evaporativos, condensadores de aire, condensadores de agua, entre
otros.
Según su diseño: Pueden ser de diferentes tipos, como
condensadores de superficie, condensadores de tubo y carcasa, condensadores de
serpentín, etc., cada uno con aplicaciones específicas según las necesidades de
condensación de vapor.
Los condensadores tienen diversas aplicaciones en la industria, incluyendo:
Refrigeración y aire acondicionado: en sistemas de
refrigeración comercial, industrial y doméstica.
Generación de energía: en plantas de energía para condensar
vapor de agua en turbinas de vapor.
Procesos químicos: en la condensación de vapores en la
producción de productos químicos y petroquímicos.
Industria alimentaria: en la condensación de vapor en
procesos de destilación y concentración de alimentos.
Los vaporizadores son dispositivos utilizados para convertir un líquido en vapor a través de la aplicación de calor. Dentro de esta categoría, se encuentran las calderas, los calderines y los hervidores, cada uno con características y aplicaciones específicas en la industria.
Calderas: Las calderas son equipos diseñados para generar
vapor a partir de agua, utilizando diferentes fuentes de calor, como
combustibles fósiles, electricidad o energía solar. Este vapor se utiliza en
procesos industriales, calefacción o generación de energía.
Calderines: Los calderines son recipientes presurizados
utilizados para almacenar y administrar vapor o líquidos a alta presión en
sistemas industriales.
Hervidor: Un hervidor es un equipo utilizado para calentar
líquidos y generar vapor, comúnmente utilizado en aplicaciones industriales y
domésticas.
Según el tipo de combustible: Las calderas pueden ser
clasificadas según el tipo de combustible que utilizan, como calderas de gas,
de fuel oil, de biomasa, entre otras.
Según su diseño y aplicaciones: Los calderines y hervidores
pueden variar en tamaño, presión de operación y aplicaciones específicas según
las necesidades de la industria, como en procesos de generación de vapor,
calefacción, esterilización, entre otros.
Calderas: Se utilizan en la generación de vapor para la
producción de electricidad, calefacción de edificios, procesos de fabricación,
esterilización en la industria alimentaria, entre otros.
Calderines: Suelen utilizarse en sistemas de vaporización y
almacenamiento de líquidos a alta presión en aplicaciones industriales.
Hervidores: Tienen aplicaciones en la industria alimentaria,
química y de procesamiento, así como en sistemas de calefacción y generación de
vapor.
Los evaporadores son equipos utilizados para eliminar el
solvente de una solución, generalmente agua, mediante el proceso de
evaporación. Dentro de esta categoría, se encuentran los evaporadores de simple
efecto y múltiple efecto, cada uno con características y aplicaciones
específicas en la industria.
Evaporador de simple efecto: Es un equipo que utiliza una
sola etapa de evaporación para eliminar el solvente de la solución, generando
vapor a partir del líquido calentado.
Evaporador de múltiple efecto: Utiliza múltiples etapas de
evaporación, donde el vapor generado en una etapa se utiliza como medio de
calentamiento en la siguiente etapa, lo que aumenta la eficiencia del proceso.
Según el número de efectos: Los evaporadores se clasifican
en simple efecto y múltiple efecto, dependiendo del número de etapas de
evaporación que utilizan.
Según su diseño y aplicaciones: Pueden variar en tamaño,
capacidad de procesamiento y método de calentamiento, adaptándose a diferentes
aplicaciones industriales.
Evaporador de simple efecto: Se utiliza en aplicaciones
donde se requiere una concentración moderada del producto, como en la industria
alimentaria para la concentración de jugos, lácteos, entre otros.
Evaporador de múltiple efecto: Es ideal para aplicaciones
que requieren una alta concentración del producto, como en la industria
química, de pulpa y papel, farmacéutica, entre otras, donde se busca una
eficiencia energética superior.
Los hornos de proceso son equipos industriales diseñados para realizar operaciones térmicas específicas, como calentamiento, secado, tratamiento térmico, entre otros, a altas temperaturas. Estos hornos juegan un papel crucial en numerosas aplicaciones industriales. Son equipos diseñados para aplicar calor a materiales en estado sólido o líquido con el fin de llevar a cabo procesos térmicos controlados, como fundición, secado, tratamiento térmico, entre otros.
Según el método de calentamiento: Los hornos de proceso
pueden clasificarse en hornos de resistencia eléctrica, hornos de combustión,
hornos de inducción, entre otros, según el método utilizado para generar calor.
Según la aplicación específica: Existen diversos tipos de
hornos especializados, como hornos de revenido, hornos de temple, hornos de
recocido, hornos de fundición, cada uno adaptado a una aplicación industrial
específica.
Industria metalúrgica: Los hornos de proceso se utilizan
para fundición, tratamiento térmico de metales, temple, revenido, recocido y
otros procesos relacionados con la producción y manipulación de metales.
Industria química: Se utilizan para llevar a cabo reacciones
químicas a alta temperatura, secado de productos químicos, calcinación y otros
procesos relacionados con la fabricación de productos químicos.
Industria alimentaria: Algunos hornos de proceso se utilizan para la cocción, secado y tostado de alimentos, así como para la esterilización de equipos y materiales.
La adsorción es un proceso en el que los átomos, iones o moléculas se adhieren a la superficie de un sólido o líquido, formando una película delgada. Este fenómeno es de gran importancia en numerosas aplicaciones industriales. Proceso mediante el cual los átomos, moléculas o iones de una sustancia son retenidos en la superficie de un material sólido o líquido, conocido como adsorbente, debido a fuerzas intermoleculares.
Adsorción física: Se produce debido a fuerzas de Van der
Waals y es reversible. No involucra reacciones químicas entre el adsorbato y el
adsorbente.
Adsorción química: Implica la formación de enlaces químicos
entre el adsorbato y el adsorbente, lo que resulta en una interacción más
fuerte y a menudo irreversible.
Purificación de gases: La adsorción se utiliza para eliminar
impurezas y contaminantes de corrientes de gas, como en la purificación de aire
comprimido, eliminación de olores y purificación de gases industriales.
Tratamiento de aguas: Se emplea en la eliminación de
contaminantes orgánicos e inorgánicos del agua, como en la desalinización,
eliminación de metales pesados y tratamiento de aguas residuales.
Catálisis heterogénea: La adsorción juega un papel crucial en numerosos procesos catalíticos industriales, donde los reactantes se adsorben en la superficie del catalizador antes de reaccionar.
Destilación simple: Se utiliza para separar componentes con
una gran diferencia en sus puntos de ebullición, como en la purificación del
agua o la separación de alcohol y agua.
Destilación fraccionada: Adecuada para mezclas con
componentes que tienen puntos de ebullición cercanos, como en la separación de
productos petrolíferos en una refinería.
Industria petrolera: La destilación fraccionada se utiliza
en refinerías para separar el petróleo crudo en sus componentes más refinados,
como gasolina, queroseno, diésel, entre otros.
Producción de bebidas alcohólicas: En la industria de las
bebidas, la destilación se utiliza para separar y purificar el alcohol de la
mezcla fermentada.
Industria química: Se emplea para purificar y separar
componentes químicos en numerosos procesos industriales, como la producción de
productos farmacéuticos, químicos y solventes.
La humidificación es el proceso de agregar humedad al aire
con el fin de controlar el nivel de humedad relativa en un espacio determinado.
Este proceso es esencial en numerosas aplicaciones industriales. Es el proceso
de aumentar la cantidad de vapor de agua en el aire para alcanzar un nivel de
humedad relativa deseado.
Humidificación adiabática: Se produce al evaporar agua en el
aire sin cambiar su temperatura, utilizando métodos como pulverización o
evaporación.
Humidificación isoterma: Implica calentar el aire y
agregarle vapor de agua, manteniendo la temperatura constante.
Industria textil: En la fabricación de textiles, la
humidificación se utiliza para controlar la humedad relativa y evitar la
electricidad estática, así como para optimizar las condiciones de procesamiento
de fibras naturales y sintéticas.
Industria alimentaria: En la producción de alimentos, la
humidificación se emplea para mantener condiciones óptimas de humedad en
cámaras de almacenamiento y procesamiento, preservando la calidad de los
productos.
Industria farmacéutica: La humidificación controlada es crucial en la fabricación y almacenamiento de productos farmacéuticos para garantizar la calidad y estabilidad de los medicamentos.
La lixiviación es un proceso utilizado para extraer
sustancias solubles de un sólido mediante la utilización de un disolvente
líquido. Este proceso es fundamental en numerosas aplicaciones industriales. Es
un proceso de extracción en el que un disolvente líquido se utiliza para
separar sustancias solubles de un sólido, generalmente con el objetivo de
obtener compuestos valiosos.
Lixiviación en pilas: Se lleva a cabo apilando el material
sólido en capas y rociándolo con el disolvente, permitiendo que el líquido se
filtre a través del material y extraiga las sustancias deseadas.
Lixiviación en tanques: Se realiza dentro de recipientes
cerrados donde el material sólido se mezcla con el disolvente, permitiendo una
extracción más controlada de las sustancias solubles.
Industria minera: La lixiviación se utiliza para extraer
metales valiosos, como el cobre, el oro y el uranio, de minerales de baja ley,
permitiendo su posterior recuperación y procesamiento.
Industria química: En la producción de productos químicos,
la lixiviación se emplea para la extracción de sustancias solubles de
materiales sólidos, como en la obtención de sales a partir de minerales.
Industria del reciclaje: La lixiviación se utiliza para
recuperar metales y otros componentes valiosos de materiales reciclables,
contribuyendo a la reutilización de recursos.
La extracción es un proceso fundamental en la industria que
se utiliza para separar una o varias sustancias de una mezcla mediante el uso
de un disolvente. Este proceso tiene una amplia gama de aplicaciones en
diferentes sectores industriales. Es un proceso de separación en el que un
disolvente se utiliza para extraer selectivamente una o varias sustancias de
una mezcla, basándose en las diferencias de solubilidad de los componentes.
Extracción líquido-líquido: Se basa en la transferencia de
componentes de una fase líquida a otra, utilizando dos disolventes inmiscibles.
Extracción sólido-líquido: Implica la transferencia de
componentes de una fase sólida a una fase líquida, generalmente utilizando un
disolvente.
Industria alimentaria: En la producción de aceites
comestibles, la extracción se utiliza para separar los aceites de las semillas
oleaginosas, como el aceite de oliva, de girasol o de soja.
Industria farmacéutica: La extracción se emplea para la
obtención de principios activos de plantas medicinales, así como en la
producción de medicamentos para separar compuestos deseados.
Industria química: En la fabricación de productos químicos,
la extracción se utiliza para purificar compuestos, separar productos
intermedios y recuperar sustancias valiosas.
El secado es un proceso ampliamente utilizado en la
industria para eliminar la humedad de diferentes materiales. Este proceso es
fundamental en la fabricación de productos y en la preservación de alimentos,
entre otras aplicaciones industriales. Es el proceso de eliminación de la
humedad de un material sólido, líquido o gaseoso, mediante la aplicación de
calor, aire u otras técnicas.
Secado por convección: Se basa en el flujo de aire caliente
a través del material a secar, lo que acelera la evaporación de la humedad.
Secado por contacto: Implica el uso de superficies calientes
para eliminar la humedad del material en contacto directo con ellas.
Secado por radiación: Utiliza radiación infrarroja u otras
fuentes de energía radiante para evaporar la humedad del material.
Industria alimentaria: En la producción de alimentos, el
secado se utiliza para preservar frutas, verduras, carne y pescado, así como
para la elaboración de productos como cereales y café.
Industria química: En la fabricación de productos químicos,
el secado se emplea para eliminar la humedad de productos intermedios y
finales, contribuyendo a su estabilidad y almacenamiento.
Industria de la construcción: En la fabricación de
materiales de construcción como ladrillos, cerámica y yeso, el secado es
esencial para eliminar la humedad y garantizar la resistencia y durabilidad de
los materiales.
La cristalización es un proceso ampliamente utilizado en la
industria para purificar sustancias y producir cristales sólidos a partir de
soluciones líquidas. Este proceso es fundamental en la fabricación de productos
químicos, farmacéuticos, alimentarios y en numerosas aplicaciones industriales.
Es un proceso de formación de cristales sólidos a partir de una solución
sobresaturada, mediante la precipitación ordenada de los componentes disueltos.
Cristalización fraccionada: Se emplea para separar
componentes de una solución mediante la formación sucesiva de cristales de
diferentes sustancias.
Cristalización zonal: Permite la separación de componentes
de una solución en función de su solubilidad en un solvente específico.
Cristalización por enfriamiento: Consiste en la reducción de
la temperatura de la solución para inducir la formación de cristales.
Industria química: En la producción de productos químicos,
la cristalización se utiliza para purificar compuestos y obtener productos
sólidos de alta pureza, como sales y pigmentos.
Industria farmacéutica: En la fabricación de medicamentos,
la cristalización se emplea para purificar principios activos y obtener formas
sólidas de fármacos.
Industria alimentaria: En la producción de alimentos, la cristalización se utiliza para obtener azúcar, sal y otros ingredientes en forma de cristales, así como para purificar aditivos y colorantes.
https://deingenierias.com/libros/libros-de-transferencia-de-calor/#gsc.tab=0
https://personales.unican.es/peredaj/pdf_Apuntes_AC/Presentacion-Condensadores-y-Bobinas.pdf
https://unizar.es/icee04/electricidad/temas/T3/T3_guia.pdf
https://www.scielosp.org/article/rpmesp/2020.v37n1/122-128/es/
https://www.scielo.cl/pdf/infotec/v18n2/art13.pdf
https://dialnet.unirioja.es/servlet/articulo?codigo=754486
https://tesis.ipn.mx/jspui/bitstream/123456789/7325/1/GOMEZ%20ALONSO.pdf
https://revistas.unam.mx/index.php/req/article/view/66595
http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lpro/sanchez_r_me/capitulo4.pdf
http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lpro/figueroa_r_jl/capitulo4.pdf
https://dehesa.unex.es/bitstream/10662/13171/1/TFGUEX_2021_Jaime_Gato.pdf
https://www.academia.edu/15494070/Fundamentos_de_Lixiviacion
https://www.elsevier.es/es-revista-nursing-20-pdf-S0212538208707581
http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lim/cabrera_v_a/capitulo5.pdf
http://ciencias.uis.edu.co/~jurbina/docencia/LQO2/pdf/recristalizacion_.pdf
La adsorción es un proceso en el cual átomos, iones o
moléculas de una sustancia se adhieren a la superficie de otra sustancia. se
refiere a la atracción y retención de partículas en la superficie de un
material. A diferencia de la absorción, donde las moléculas ingresan al
interior de un material, en la adsorción las moléculas se adhieren a la
superficie sin penetrar en el material. Este proceso crea una película de
adsorbato en la superficie del adsorbente. La adsorción es ampliamente
utilizada en diversas aplicaciones, como la purificación de agua, la
eliminación de contaminantes y la separación de componentes en la industria química.
La adsorción es una de las técnicas más utilizadas para
eliminar contaminantes debido a la simplicidad de su diseño y su facilidad de
operación. En este estudio, nos enfocaremos en el lecho fijo. Cuando nos
referimos a una columna de lecho fijo, nos estamos refiriendo a aquellas que
contienen una sección formada por partículas sólidas dispuestas de tal manera
que permiten que un fluido pase a través de ellas sin separarse, manteniendo su
posición dentro del sistema.
Un ejemplo común de adsorción es el uso de carbón activado
para la decloración del agua. El carbón activado tiene una gran cantidad de
poros que ayudan a retener en su superficie el material orgánico con el que ha
estado en contacto como lo veremos en el siguiente esquema
En la etapa de alimentación, la sustancia con el agente que
se desea eliminar ingresará y pasará a través de un material absorbente, en
este caso, carbón activado. En este material, el agente contaminante se quedará
retenido, y a la salida fluirá la sustancia con el agente eliminado. Es
importante tener en cuenta que a medida que avanza el proceso de adsorción, el
absorbente se satura, por lo que debe ser reemplazado periódicamente.
Dependiendo de la naturaleza de la interacción que produce
la adsorción podemos definir los siguientes tipos de adsorción:
Adsorción Física
Este tipo de absorción se da por fuerzas débiles y,
generalmente, no específicas. Tiende a alcanzar equilibrio muy
rápidamente y existen dos tipos de adsorción física:
También llamada adsorción fisisorción. En este tipo de
adsorción, el adsorbato no está fijo en la superficie del adsorbente, sino que
tiene movilidad en la interfase. se da cuando la sustancia permanece mayormente
en la superficie del adsorbente, por ejemplo: impurezas en carbón activado.
Se da en los casos en los que la sustancia parece penetrar a una profundidad apreciable, por ejemplo: H2 en Pt. (hidrogeno en platino)
La adsorción química, también conocida como quimisorción,
se produce debido a fuerzas mucho más fuertes, tales como las que producen
enlaces químicos covalentes. Es mucho más lenta que la adsorción física y
comúnmente es irreversible. Sucede cuando hay interacción química entre
adsorbato y adsorbente.
La adsorción por intercambio es un proceso en el que los
iones o moléculas presentes en una solución son retenidos en la superficie de
un sólido debido a la atracción electrostática entre ellos. En este proceso,
los iones de la solución son intercambiados con iones de carga opuesta
presentes en la superficie del sólido.
Un ejemplo claro seria en la purificación del agua, las
resinas de intercambio iónico pueden eliminar iones no deseados
intercambiándolos por iones más preferibles, como intercambiar iones de calcio
y magnesio por iones de sodio.
La adsorción es un proceso de separación de mezclas que se
utiliza en la industria para purificar líquidos y gases. Algunas aplicaciones
industriales de la adsorción son:
Una aplicación de suma relevancia en el ámbito de la adsorción se centra en la purificación del agua, donde se emplea este proceso con el propósito de eliminar diversos contaminantes acuáticos, tales como metales pesados, sustancias químicas orgánicas y compuestos nitrogenados.
Este procedimiento se ejecuta mediante la utilización de
materiales adsorbentes capaces de atraer y retener los contaminantes en su
superficie. Entre los adsorbentes más usuales se encuentran el carbón activado
y la zeolita.
El carbón activado, generado a partir de carbón vegetal o
cáscaras de coco, destaca como un material adsorbente debido a su extensa
superficie específica, convirtiéndolo en una opción óptima para la adsorción de
una amplia gama de contaminantes presentes en el agua. Este componente se
emplea con frecuencia en sistemas de tratamiento de agua potable, así como en
sistemas destinados al tratamiento de aguas residuales y en procesos de
tratamiento de agua para la industria.
La adsorción desempeña un papel esencial en la separación de gases, utilizándose para discriminar gases dentro de una mezcla gaseosa. Este proceso implica el uso de materiales adsorbentes que exhiben selectividad hacia el gas específico que se pretende separar.
La zeolita figura como uno de los materiales adsorbentes más
convencionales para la separación de gases, destacándose en la disociación del
oxígeno y nitrógeno en el aire. Asimismo, se emplea en la segregación de
hidrocarburos, como metano y etano, en el gas natural. En contextos
industriales, especialmente en la industria química y petroquímica, la
adsorción se aplica para la separación de hidrocarburos dentro de mezclas
gaseosas.
La adsorción desempeña un papel crucial en la eliminación de contaminantes atmosféricos, donde se utiliza para depurar gases y vapores tóxicos presentes en el aire. En esta aplicación, los materiales adsorbentes clave son el carbón activado y las zeolitas.
En particular, la adsorción se emplea para eliminar el dióxido de carbono de los gases de combustión, siendo las zeolitas y los MOF (Metal-Organic Frameworks) adsorbentes típicos propuestos para la captura y almacenamiento de carbono. La adaptabilidad de estos adsorbentes los posiciona como alternativas atractivas frente a los métodos de absorción, ya que su regeneración se logra mediante cambios de temperatura o presión, demandando potencialmente menos energía que los procesos de regeneración basados en absorción.
Sin embargo, algunos desafíos significativos asociados con
el costo de la adsorción en la captura de carbono incluyen la regeneración del
adsorbente, la relación de masa, el solvente/MOF, el costo del adsorbente, la
producción del adsorbente y la vida útil del adsorbente.
En síntesis, la adsorción se configura como un proceso fisicoquímico en el cual átomos, iones o moléculas de una fase fluida, ya sea gas, líquido o disolución, se unen a la superficie de un sólido o líquido. Esta unión se establece entre la fase fluida, denominada fase adsorbida, y la fase sólida o líquida, conocida como adsorbente. La reversibilidad es una característica fundamental de la adsorción, ya que las moléculas adsorbidas tienen la capacidad de separarse de la superficie del adsorbente. En términos prácticos, la adsorción desempeña un papel crucial en diversas aplicaciones industriales y de laboratorio.
Entre las aplicaciones más destacadas se encuentra la separación de mezclas, donde la adsorción se emplea para separar gases, líquidos o sólidos. Ejemplos incluyen la separación de oxígeno y nitrógeno en el aire, la segregación de aceite y agua, así como la separación de componentes en mezclas de gases industriales. La adsorción también se utiliza para la purificación de fluidos, eliminando impurezas como gases, partículas o compuestos orgánicos. Desde la purificación del agua potable hasta la limpieza del aire y la purificación de productos químicos industriales, la versatilidad de la adsorción es evidente. Otro aspecto relevante es su capacidad para la recuperación de productos, como en la extracción del café del agua, la recuperación de aceite del gas natural y la obtención de componentes específicos de mezclas gaseosas industriales. Las ventajas de la adsorción son múltiples: es un proceso simple y estable, genera una cantidad reducida de gases, opera a temperaturas relativamente bajas y ofrece la posibilidad de recuperación de compuestos orgánicos mediante la desorción.
En última
instancia, la adsorción emerge como un proceso esencial con un impacto
significativo en la vida cotidiana, desempeñando un papel clave desde la
purificación del agua hasta la fabricación de productos químicos. Su
aplicabilidad diversa y sus beneficios hacen de la adsorción una herramienta
valiosa en numerosos campos de la industria y la investigación.
Significado de
Adsorción". En: Significados.com. Disponible en: https://www.significados.com/adsorcion/ Consultado: 10 de diciembre de 2023
Valdez, C. C., Hernández, A. d., & Navarrete, R. A. (mayo de
2015). Adsorción. Obtenido de wordpress:
https://fisicoquimica1.wordpress.com/
Wikipedia.
(16 de noviembre, 2023). Adsorción.
Wikipedia, La Enciclopedia Libre.
https://es.wikipedia.org/wiki/Adsorci%C3%B3n#Calefacci%C3%B3n_y_almacenamiento_solar_por_adsorci%C3%B3n
Para
qué sirve la adsorción, qué es, usos y aplicaciones. (28 de marzo, 2023). https://elpensante.com/para-que-sirve-la-adsorcion/
https://biblus.us.es/bibing/proyectos/abreproy/70358/fichero/CAPITULO2.pdf
http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lic/ponce_o_e/capitulo4.pdf
https://www.cartagena99.com/recursos/alumnos/apuntes/OS_g_-_Tema_11.1_Adsorcion.pdf
https://elpensante.com/para-que-sirve-la-adsorcion/
https://lqi.tripod.com/FQAv/tipos.htm
En las Industrias de procesos
la transferencia de calor entre dos fluidos casi siempre se lleva a cabo en
intercambiadores de calor. El tipo más común es uno en el cual el fluido
caliente y el frío no entran en contacto directo el uno con el otro, sino que
están separados por una pared de tubos o una superficie plana o curva. La
transferencia de calor se efectúa por convección desde el fluido caliente a la
pared o la superficie de los tubos, a través de la pared de tubos o placa por
conducción, y luego por convección al fluido frío.
La transferencia
de calor desde un fluido más caliente a uno más frío, generalmente a través de
una pared sólida que separa los dos fluidos, es un caso que se encuentra con
frecuencia en la práctica de la ingeniería. El calor transferido puede ser
calor latente, que va acompañado de un cambio de fase tal como la condensación
o evaporación, o bien tratarse de calor sensible procedente del aumento o
disminución de la temperatura de un fluido sin cambio de fase. Ejemplos típicos
son la disminución de temperatura de un fluido por transferencia de calor
sensible hacia un fluido más frío, cuya temperatura aumenta por este hecho;
condensación de vapor de agua utilizando agua de enfriamiento, y evaporación de
agua a partir de una disolución a una determinada presión mediante condensación
de vapor a una presión más alta. Todos estos casos implican transferencia de
calor por conducción y convección.
A partir de
balances de materia y energía, se calcula la velocidad requerida de
transferencia de calor. Entonces, utilizando el coeficiente global y el ∆T
promedio, se determina el área que se requiere para la transferencia de calor
y, en el caso de equipo que opera por ciclos, la duración de cada ciclo. En
dispositivos sencillos estas magnitudes se evalúan fácilmente y con una
exactitud considerable, pero en las unidades de procesamiento complejas la
evaluación a menudo resulta difícil y está sometida a una considerable
incertidumbre. El diseño final es casi siempre un compromiso, basado en el
criterio de ingeniería, para obtener el mejor funcionamiento global teniendo en
cuenta los requerimientos de servicio. Algunas veces el diseño está
condicionado por consideraciones que tienen poco que ver con la transferencia
de calor, tales como el espacio disponible para la instalación del equipo o la
caída de presión tolerable en las corrientes de los fluidos. Los
intercambiadores tubulares se diseñan de acuerdo con diversos estándares y
códigos, tales como los Standards of the Tubular Exchanger Manufacturers
Association (TEMA) y el ASMEAPI Unfired Pressure Vessel Code.
Cuando se diseña
un intercambiador, se deben tomar muchas decisiones —algunas de ellas
arbitrarias— para especificar los materiales de construcción, el diámetro del
tubo, el espaciado de los deflectores, el número de pasos y así sucesivamente.
También se deben asumir ciertas restricciones. Por ejemplo, un fluido de alta
velocidad dentro de tubos pequeños lleva a mejorar los coeficientes de
transferencia de calor, pero incrementa las pérdidas por fricción y los costos
de bombeo. El diseño de un intercambiador individual se puede optimizar por
medio de un procedimiento formal para balancear el área de transferencia de
calor y de allí el precio del equipo y los costos fijos, contra el costo de
energía para bombear los fluidos. Sin embargo, en plantas procesadoras, los
intercambiadores forman parte de una compleja red de equipos de transferencia
de calor, y es la red, no las unidades individuales, la que se optimiza para
lograr la mínima inversión y los menores costos operativos.
Consiste esencialmente en un
conjunto de tubos paralelos A, cuyos extremos terminan en las placas tubulares
B1 y B2. El conjunto de tubos se encuentra dentro de una coraza cilíndrica C y
está provista de dos canalizaciones D1 y D2, una en cada extremo, y dos
tapaderas E1 y E2. Vapor de agua, u otro vapor, se introduce a través de la
boquilla F en el espacio del lado de la coraza que rodea a los tubos, el
condensado es retirado a través de la conexión G, y cualquier gas no
condensable que pudiese estar presente al echar a andar el equipo o que pudiese
entrar con el vapor condensable se retira del sistema a través de la purga K.
La conexión G conduce a una trampa de vapor, que es un dispositivo que permite
que el líquido fluya pero en cambio retiene el vapor. El fluido que ha de calentarse
se bombea a través de la conexión H hacia el interior del canal D2 . Fluye a
través de los tubos hasta el canal D1 y finalmente descarga por la conexión J.
Los dos fluidos están físicamente separados pero están en contacto térmico con
las delgadas paredes metálicas de los tubos que los separan. El calor fluye a
través de las paredes de los tubos desde el vapor condensante hasta el fluido
más frío que circula por los tubos.
Las placas deflectoras A son discos
circulares de chapa metálica seccionada en un lado. En la práctica común, esta
sección es un segmento circular de altura igual a la cuarta parte del diámetro
interior de la coraza. Tales placas reciben el nombre de placas deflectoras del
25%. Las placas también están perforadas para recibir los tubos. Para minimizar
las fugas, el espacio entre las placas, la coraza y los tubos ha de ser muy
pequeña. Las placas están soportadas por una o más varillas guía C, que se fijan
entre las placas tubulares D y D′ mediante tornillos de presión. Con el fin de
fijar las placas deflectoras en su sitio, se introducen en la varilla C
pequeños segmentos de tubo E, entre dichas placas. Para el montaje de un
intercambiador de este tipo es preciso colocar primero las placas tubulares,
las varillas de soporte, los espaciadores y las placas deflectoras y,
posteriormente, instalar los tubos.
Para muchas aplicaciones de la
transferencia de calor entre fluidos a temperatura y presión moderadas, una
alternativa para los intercambiadores de coraza y tubos son los de placas
acanaladas, que constan de muchas placas acanaladas de acero inoxidable separadas
por juntas o empaques, fijadas en un armazón de acero. Los portales interiores
y ranuras de entrada en las arandelas dirigen el fluido frío y caliente en los
espacios alternados entre las placas. Las canalizaciones inducen turbulencia
para mejorar la transferencia de calor y cada placa está soportada por
contactos múltiples con las placas contiguas, que tienen un patrón o ángulo de
canalización diferente. El espacio entre las placas es igual a la profundidad
de las canalizaciones y es generalmente de 2 a 5 mm. En la figura se muestra un
diseño típico de un intercambiador de placas.
Dos tubos concéntricos de diferente
diámetro, donde el producto circula por el tubo interior y el servicio lo hacen
por el espacio que existe entre ambos tubos.
El uso de aletas o superficies ampliadas en el exterior de la pared del tubo de un intercambiador de calor para obtener coeficientes de transferencia relativamente altos, es una práctica muy común. El radiador de un automóvil es un ejemplo clásico que consiste en la circulación de agua caliente a través de una batería de tubos, donde se pierde calor y se transfiere al aire. Las superficies ampliadas del exterior de los tubos reciben el calor de las paredes de los tubos y lo trasmiten al aire por convección forzada.
Los intercambios más importantes suelen ser los intercambiadores llamados de superficie en los cuales el intercambio de calor se produce a través de una pared metálica que separa el fluido caliente del fluido frío.
En el intercambiador de tubos
concéntricos que estamos considerando, se dispone un sistema donde un fluido
circula por el interior de un tubo. En este escenario el flujo caliente entra
desde la izquierda, adentrándose en el tubo más pequeño, mientras que el fluido
frío accede desde el lado opuesto, fluyendo por la carcasa exterior del tubo de
mayor diámetro y rodeando al tubo interno. Esta configuración permite que la
transferencia de calor se efectúe entre el interior y el exterior del tubo más
pequeño.
En el intercambiador de carcasa y
tubos, donde en lugar de contar con un único tubo en el interior de la carcasa,
se implementa un número determinado de tubos. A medida que se incrementa la
cantidad de tubos, la capacidad de transmisión de calor aumenta proporcionalmente.
En esta configuración, un fluido circula dentro de los tubos, representados en
amarillo en la figura, mientras que otro fluido se desplaza tanto dentro de la
carcasa, coloreada en azul, como alrededor del conjunto de tubos.
Este tipo de intercambiador el
intercambiador de carcasa y tubos es con mucho el intercambiador más empleado
en la industria.
El segundo tipo de intercambiador
más comúnmente utilizado es el de placas, donde el contacto entre el fluido
caliente y el fluido frío se produce a través de las paredes planas de placas
dispuestas en paralelo. En este diseño, varias placas están dispuestas de
manera paralela, y tanto el flujo caliente como el flujo frío atraviesan ambas
caras de cada placa. Se configura un circuito en el interior del intercambiador
de manera que los flujos caliente y frío siempre están en ambas caras de una
placa, permitiendo que el intercambio de calor se establezca entre ambos
fluidos.
Un caso particular o una variante
evolucionada de este intercambiador de placas es el intercambiador en espiral,
en el cual dos de las placas del intercambiador de placas se enrollan formando
una espiral. Esta disposición crea dos espacios entre las placas por los cuales
circulan los fluidos caliente y frío. En la representación gráfica, el fluido
caliente, como se ilustra en la figura, ingresa desde la parte inferior y en el
centro de la espiral, fluyendo a través de uno de los espacios entre las placas
hacia la periferia. Mientras tanto, el fluido frío entra desde la periferia,
circulando por el otro espacio entre las placas y avanzando hacia el centro de
la espiral dentro del intercambiador.
Un tipo menos común de intercambiador es el intercambiador de mezcla, que facilita el contacto directo entre el fluido caliente y el fluido frío. Un ejemplo notable de este tipo de intercambiador se encuentra en las torres de refrigeración húmedas.
Como se ilustra en la fotografía,
son comúnmente observadas en centrales térmicas y nucleares. En estas torres,
la estructura principal funciona como una gran chimenea que propicia el
desplazamiento del aire frío, utilizado para enfriar el agua que, a su vez,
cumple la función de refrigerar el ciclo de vapor. Este diseño permite un
contacto directo entre el aire y el agua, facilitando así el intercambio
térmico.
Otro ejemplo de intercambiador de
mezcla son los depósitos de mezcla. En este caso, se lleva a cabo un
intercambio de calor directo entre vapor de agua y agua líquida fría, mediante
la mezcla directa en este depósito. Aunque este tipo de intercambiadores,
excepto en las torres de refrigeración húmedas y en ciertos contextos de
cavidades de mezclado, no se emplean con frecuencia.
Otro tipo de criterio que podemos
utilizar para clasificar los intercambiadores es según la orientación relativa
que tienen los fluidos.
En primer lugar, los intercambiadores,
especialmente los de carcasa y tubos, así como los de placas, generalmente
presentan un flujo paralelo. Esto se debe a que tanto el tubo como la carcasa
tienen una dirección predominante, ambas paralelas. En este contexto, existen
dos posibilidades en cuanto a la dirección del flujo: que ambos evolucionen en
la misma dirección y sentido, es decir, si introducimos los dos fluidos por la
misma, hablamos de un intercambiador en corriente. Por otro lado, si los
fluidos se introducen por lados opuestos, pero ambos circulan en la misma
dirección, aunque en sentido contrario, se denomina intercambiador
contracorriente.
Existen situaciones en las cuales se
prefiere diseñar un circuito dentro del intercambiador de manera que el fluido
caliente, por ejemplo, que circula dentro de los tubos, recorra el
intercambiador de izquierda a derecha y luego se le obligue a volver de derecha
a izquierda antes de salir por el mismo lado. En este caso, hablamos de
intercambiadores de varios pasos, tanto por los tubos como por la carcasa. Este
diseño tiene la ventaja de que la entrada y salida del fluido caliente se
realizan por el mismo lado del intercambiador, lo que puede facilitar la
planificación del circuito en la instalación.
Los intercambiadores de flujo cruzado constituyen otro tipo significativo. En este caso, se dispone de una batería de tubos, como se muestra en ambas representaciones de la figura, y el flujo que circula por el exterior de los tubos y no progresa de manera paralela, sino de forma perpendicular, lo que justifica la denominación de "flujo cruzado". En estos intercambiadores, es común observar que la batería de tubos esté expuesta externamente o que cuente con aletas, especialmente en aplicaciones que involucran aire, con el propósito de aumentar el área expuesta al flujo externo, mejorando así la transmisión de calor.
Desde el punto de vista del diseño
del intercambiador, estos dos tipos se comportan de manera distinta. En el caso
de la izquierda, el fluido caliente que circula por fuera de los tubos tiene
libertad de movimiento dentro del intercambiador. En cambio, en el caso de la
derecha, el fluido que se desplaza por la parte externa de los tubos debe pasar
entre dos placas, lo que limita su libertad de movimiento dentro del
intercambiador. Esta diferencia afecta ligeramente el rendimiento y el
comportamiento del intercambiador.
En el otro caso se dice que el
intercambiador trabaja con los dos fluidos y mezclar porque tanto el fluido que
va por dentro de los tubos como el que va por fuera de los tubos no tienen
libertad de movimientos dentro del intercambiador en el caso de la izquierda se
habla de un intercambiador con un fluido mezclado que es el que va por fuera de
los tubos que sí que tiene libertad de movimientos dentro del intercambiador y
un fluido sin mezclar que sería el fluido que va por dentro de los tubos.
En las
refinerías, los intercambiadores de calor se utilizan para enfriar y condensar
vapores, así como para calentar fluidos en diversas etapas del proceso de
refinación.
En la producción
de productos químicos, los intercambiadores de calor se utilizan para controlar
las temperaturas en diversas etapas del proceso, así como para condensar y
evaporar productos químicos.
En la
industria alimentaria , los intercambiadores de calor se utilizan para pasteurizar,
esterilizar, enfriar o calentar productos.
Alguno de los ejemplos mas claros
son:
En la
producción de medicamentos y productos farmacéuticos, los intercambiadores de
calor se utilizan para controlar las temperaturas en las reacciones químicas,
así como para la esterilización de equipos y productos.
En la
fundición y procesos metalúrgicos, los intercambiadores de calor se utilizan
para enfriar metales fundidos y controlar las temperaturas en diferentes etapas
del proceso.
En la
fabricación de papel, los intercambiadores de calor se utilizan para controlar
las temperaturas en los procesos de secado y para recuperar calor de los
sistemas de vapor.
En la
producción de plásticos, los intercambiadores de calor se utilizan para enfriar
polímeros fundidos antes de procesarlos en formas específicas.
En la fabricación
de textiles, los intercambiadores de calor se utilizan para controlar las
temperaturas en procesos de teñido y acabado.
Sirven para enfriar las emulsiones resultantes del lavado del gas de coque, con el fin de optimizar el funcionamiento de la instalación.
https://www.cofrico.com/consejos-tecnicos/tipos-de-intercambiadores-de-calor/
https://www.barriquand.com/es/intercambiador-calor-aplicaciones/
https://blog.froztec.com/aplicaciones-del-intercambiador-de-calor-en-la-industria-metalurgica
https://laygo.es/aplicaciones/
https://www.nexson-group.com/es/aplicaciones/industria-quimica/
Definición Una Operación Unitaria es una etapa individual y fundamental en un proceso industrial que involucra un cambio físico o químico es...
