Operaciones básicas – transferencia de calor, calor y materia, y de movimiento

Posted on Actualizado enn

Siguiendo el hilo de mi post anterior sobre operaciones básicas – transferencia de materia, hoy voy a explicar aquellas controladas por la transferencia de calor, transferencia de calor y materia y transferencia de movimiento.

Los tipos de energía que se pueden intercambiar entre un sistema y sus alrededores son el calor y el trabajo. El calor puede transmitirse por conducción, radiación o convención, mientras que el trabajo suele hacerlo por la cantidad de movimiento.

Operaciones controladas por la transferencia de calor

Conducción: se produce cuando ponemos en contacto un cuerpo que se encuentra a distinta temperatura, fluyendo el calor de donde hay más a menos temperatura.

Convención: el calor se transmite debido al movimiento de una masa fluida que transporta el calor y transfiriéndosela a otra masa fluida con la que entra en contacto durante su recorrido mediante una mezcla de porciones de ambas.

Puede ser natural o forzada:

  • Natural: el movimiento de fluidos se produce por diferentes densidades entre fluidos.
  • Forzada: el movimiento del fluido lo produce un elemento externo, como por ejemplo una bomba, ventilador, etc.

Radiación: es la transmisión de calor mediante ondas electromagnéticas. Todos los cuerpos emiten radiación electromagnética, siendo su intensidad dependiente de la temperatura y de la longitud de onda considerada.

Evaporación: su objetivo es la concentración de una disolución diluida por un soluto y por un disolvente volátil mediante la evaporación parcial de dicho componente.

Aislamiento térmico: es la capacidad de los materiales para oponerse al paso de calor por conducción. Determinará en buena medida las pérdidas producidas en dicha operación.

calor

Operaciones físicas controladas por la transferencia simultánea de materia y calor

Acondicionamiento de gases y enfriamiento de líquido: tiene por objetivo modificar las condiciones de humedad y de temperatura de un gas por interacción de una corriente de líquido. Cuando el gas es el aire y el líquido es el agua se suele hablar de operación de humidificación.

En ese caso, al poner en contacto el aire seco frío con agua caliente se transfiere vapor de agua desde el líquido al aire debido a que la presión parcial del agua en el aire es menor que la que le correspondería en la saturación. Ésta evaporación de agua se hace a costa de la propia energía del agua, con lo cual ésta se enfría.

Las torres de enfriamiento poseen en su parte superior unos distribuidores de agua que ofrecen una gran superficie interfacial. El aire asciende por la torre de forma natural o forzada.

humidificacion

Cristalización: formación de partículas sólidas cristalinas en el seno de una fase homogénea. Desde el punto de vista industrial la cristalización más importante a llevar a cabo es la de formación de cristales a partir de disoluciones líquidas sobresaturadas.

Secado: reducción del contenido de líquido en un sólido. El líquido suele ser agua.

Liofilización: parecido al secado pero la eliminación del líquido se realiza por sublimación.

acondicionamiento

Operaciones físicas controladas por el transporte de cantidad de movimiento

El fluido circula contenido en un sólido (circulación interna fluido o flujo interno). Dentro de estas operaciones entrarían aquellas destinadas a impulsar el fluido (suministrar energía) como bombas y compresores, turbinas (retirar energía), las conducciones para el transporte de fluidos y válvulas para regular el caudal del fluido.

El fluido circula a través de un sólido. Puede ser de dos tipos, fluidización o filtración.

  • Fluidización y transporte neumático: al hacer circular un gas sobre un lecho de sólido de pequeña granulometría, el sólido es arrastrado por éste y la corriente pierde presión. Si el caudal de fluido aumenta, el creciente rozamiento entre partículas y el gas hace que las partículas del lecho se mantengan suspendidas en el fluido y no descansando sobre otras, estando el lecho fluidizado. Si se sigue aumentado la velocidad del caudal el lecho se transforma en un lecho arrastrado porque el rozamiento logra que el gas arrastre las partículas del gas. A esto se le denomina transporte neumático.
  • Filtración: permite la separación de sólidos de un fluido mediante una malla filtrante que retendrá aquellos sólidos de un tamaño superior al establecido cuando circule el fluido a través de ella.

fluidi

El sólido se mueve en el fluido.

  • Sedimentación: separación del sólido-líquido en las que las partículas sólidas más densas que el fluido se separan de éste por acción de la gravedad.
  • Clasificación hidráulica: separación de sólidos en distintas fracciones basándose en el tamaño del grano, forma y densidad.
  • Flotación: es un proceso de tres fases (sólido-líquido-gaseoso) que tiene por objetivo la separación de sólidos mediante la adhesión selectiva de partículas con burbujas de aire. Cuando las partículas del sólido se recubren de burbujas de aire, poseen una densidad aparente menor que la densidad del fluido, concentrándose en la superficie.
  • Centrifugación: separación de dos fases de densidad parecida creando un campo de fuerza centrífuga mediante un sistema mecánico de rotación. Las centrifugadores se usan para separar líquido-sólido o líquido-líquido-sólido. En caso de que sea gas-sólido se usan ciclones.
  • Agitación y mezclado: operaciones para conseguir una buena mezcla de los materiales, para optimizar otro proceso.

sedimentacion

ciclon

Operaciones físicas complementarias

En estas operaciones entran todas aquellas que tienen como objetivo someter a la materia prima previo a otra operación para mejorar los resultados:

  • Trituración y molienda: reducción del tamaño de partícula.
  • Tamizado: separación por tamaños de partículas.
  • Mezclado de sólidos y pastas.
  • Almacenaje de materiales.

La operación básica química, la reacción química

Unos reactivos son transformados en unos productos rompiendo enlaces y formándolos. Se lleva a cabo en reactores, que se pueden clasificar como:

Reactor Batch. Trabaja en estado no estacionario y el más sencillo sería un tanque agitado. La composición es uniforme en cualquier instante.

Reactor Continuo agitado (CSTR). Trabaja en régimen estacionario y supone que la reacción alcanza la máxima conversión en el instante en que la alimentación entra al tanque. Este reactor se caracteríza porque considera que existe un mezclado perfecto, y la velocidad de reacción y la concentración son idénticos en todo el tanque.

Reactor Flujo Pistón (RFR). Trabaja en régimen estacionario. En este tipo de reactor la composición del fluido varía de un punto a otro a través de la dirección del flujo.

reactores

Bibliografía

Universidad Técnica de Manabí. Análisis de Procesos: Operaciones Unitarias. [Consulta: 27/02/2014]. Disponible en: http://www.sisman.utm.edu.ec/libros/FACULTAD%20DE%20CIENCIAS%20ZOOT%C3%89CNICAS/CARRERA%20DE%20INGENIER%C3%8DA%20EN%20INDUSTRIAS%20AGROPECUARIAS/04/OPERACIONES%20UNITARIAS%202/OperacionesUnitarias.pdf

– Universidad de Jaén. Material Docente Multimedia en las Áreas de Ingeniería Química y Tecnologías del Medio Ambiente. [Consulta: 27/02/2014]. Disponible en: http://www4.ujaen.es/~ecastro/proyecto/index.html

Wikipedia. Reactor Químico. [Consulta: 27/02/2014]. Disponible en: http://es.wikipedia.org/wiki/Reactor_qu%C3%ADmico

Costa López. J; Cervera March. S; Cunill García, F; Esplugas Vidal. S; Mans Teixidó. C; Mata Álvarez. J. Curso de Ingeniería Química. Introducción a los procesos, las operaciones unitarias y los fenómenos de transporte.  Barcelona. 2004. Editorial Reverté. S.A. ISBN: 84-291-7126-6.

FisicaNet. Operaciones Unitarias. [Consulta: 27/02/2014]. Disponible en: http://www.fisicanet.com.ar/quimica/industrial/ap08_operaciones_unitarias.php

Anuncios

Un comentario sobre “Operaciones básicas – transferencia de calor, calor y materia, y de movimiento

    RANDY JOAQUIN MANOTAS escribió:
    30 marzo, 2017 en 20:42

    quisiera saber cuales serian las operaciones unitarias para el proceso de la cerveza por cada proceso.

Responder

Introduce tus datos o haz clic en un icono para iniciar sesión:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Cerrar sesión / Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Cerrar sesión / Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Cerrar sesión / Cambiar )

Google+ photo

Estás comentando usando tu cuenta de Google+. Cerrar sesión / Cambiar )

Conectando a %s