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.
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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
Definición Una Operación Unitaria es una etapa individual y fundamental en un proceso industrial que involucra un cambio físico o químico es...
