Definición de las Operaciones Unitarias
En el libro Operaciones unitarias y reactores químicos
Algunos ejemplos de operaciones unitarias son:
Evaporación
CLASIFICACIÓN DE LAS OPERACIONES UNITARIAS
Las operaciones unitarias se pueden clasificar según el fenómeno físico o químico predominante que ocurre durante el proceso. A continuación, se detallan las principales categorías:1. Operaciones Unitarias de Transferencia de Masa
Estas operaciones implican el movimiento de componentes entre diferentes fases. Son fundamentales en procesos de separación y purificación.
Ejemplos: Destilación, absorción, adsorción, extracción, secado, cristalización.
2. Operaciones Unitarias de Transferencia de Calor
Involucran el intercambio de energía térmica entre sistemas, esenciales para controlar temperaturas en procesos industriales.
Ejemplos: Evaporación, condensación, calefacción, refrigeración, intercambiadores de calor.
3. Operaciones Unitarias de Transferencia de Momento Lineal
Se centran en el movimiento de fluidos y sólidos, fundamentales para el transporte y manejo de materiales.
Ejemplos: Transporte de fluidos, bombeo, mezcla, sedimentación, centrifugación.
4. Operaciones Unitarias Mecánicas
Utilizan fuerzas mecánicas para modificar el tamaño o forma de los materiales, facilitando su manejo o procesamiento.
Ejemplos: Trituración, molienda, tamizado, cribado, compresión.
5. Operaciones Unitarias Termodinámicas
Se basan en principios termodinámicos para cambiar el estado físico de las sustancias, como la fase o la temperatura.
Ejemplos: Licuefacción de gases, refrigeración, sublimación.
Procesos Fundamentales de Transporte
1. Transferencia de momento. Se refiere a la que se presenta en los materiales en movimiento, como en operaciones unitarias de flujo de fluidos, sedimentación y mezclado.
2. Transferencia de calor. En este proceso fundamental se considera la transferencia de calor de un lugar a otro; se presenta en las operaciones unitarias de transferencia de calor, secado, evaporación, destilación y otras.
3. Transferencia de masa. En este caso se transfiere masa de una fase a otra fase diferente; el mecanismo básico es el mismo ya sea que las fases sean gaseosas, sólidas o líquidas. Este proceso incluye destilación, absorción, extracción líquido-líquido y lixiviación.
Campo de Aplicación de las Operaciones Unitarias en la Industria
Se aplican en una amplia gama de procesos en la producción, procesamiento y fabricación de productos. Cada operación unitaria se centra en una función específica, y su aplicación puede variar según la industria y el tipo de producto que se esté produciendo.
1.1. Operaciones de Transferencia de Masa
1.1.1. Destilación
La
destilación es ampliamente utilizada debido a su capacidad para separar y
purificar diferentes componentes líquidos de una mezcla. Una de las
aplicaciones más comunes de la destilación es:
Refinación
de petróleo
La
destilación fraccionada es esencial para obtener los productos derivados del
petróleo, para llevarlo a cabo el petróleo es llevado a un horno donde se
introduce en una torre de destilación donde las fracciones más pesadas
descienden de un nivel a otro, mientras que las fracciones más volátiles
ascienden hasta concentrarse en el nivel correspondiente a su temperatura de
condensación, entre los productos refinados que se obtienen son gasolina,
diésel, queroseno y lubricantes.
Figura
Refinería de petróleo
Nota: Representación
del petróleo crudo separado en fracciones mediante destilación fraccionada.
Hmong.
1.1.2. Extracción
Tiene
numerosas aplicaciones en la industria debido a su capacidad para separar
componentes de una mezcla utilizando solventes selectivos. Un ejemplo de su
aplicación es la obtención de:
Aceite de Coco
Alguna de sus
aplicaciones está en la extracción de aceite de coco, que esta pasa por un
proceso de trituración, los trozos de coco triturados se colocan en una prensa
para extraer el aceite. El aceite de coco se separa del residuo sólido y del
agua a través de procesos de filtración y centrifugación.
Figura
Extracción de aceite de coco
Nota: Proceso
de extracción del aceite de coco por medio de una prensa.
1.1.3. Adsorción
Utiliza
para transferir un componente selecto de una fase gaseosa o líquida a un
solvente líquido.
Absorción
de gases contaminantes
En la
industria del control de la contaminación del aire, se utiliza la absorción
para eliminar gases contaminantes, como dióxido de azufre (SO2) y óxido de
nitrógeno (NO), de las corrientes de gases de chimeneas industriales.
Figura
Torres de relleno
Nota: Las
torres están rellenas por un material inerte y el líquido se introduce por la
parte superior formando una película sobre los elementos de relleno para lograr
una gran superficie de contacto.
1.2. Operaciones de Transferencia de Calor
1.2.1. Evaporación
Utilizada
en la industria alimentaria para concentrar soluciones líquidas, separar
componentes y eliminar solventes.
Pulpa
de fruta
En la
industria se emplea en la producción de jugos de frutas concentrados, donde se
lleva a cabo la eliminación del contenido de agua del jugo. Esto se realiza de
manera que todos los elementos sólidos, como los azúcares de la fruta, los
minerales y las vitaminas, permanezcan en una solución más densa y concentrada.
Figura
Partes básicas de un evaporador
Nota: Existen
una amplia variedad de evaporadores, pero la mayoría de ellos coinciden con las
presentes características básicas.
1.2.2. Condensación
Se utiliza
en diversas industrias y aplicaciones para cambiar el estado de una sustancia
de vapor a líquido.
Refrigeración
Los
sistemas de refrigeración y aire acondicionado utilizan la condensación para
cambiar el refrigerante gaseoso a su estado líquido. Esto es esencial para
eliminar el calor del espacio refrigerado o acondicionado y mantenerlo a la
temperatura deseada.
Figura
Sistema de condensación
evaporativa en refrigeración industrial
Nota: En
las torres abiertas, se utiliza agua como fluido refrigerante del proceso y
posteriormente se refrigera mediante enfriamiento evaporativo en una torre
separada del proceso o del condensador. articae.com
1.2.3. Calefacción
por radiación
Para
calentar objetos o superficies de manera eficiente y controlada.
Industria
del plástico
La
calefacción por radiación se aplica en la termoformación de plásticos, donde se
derrite el material plástico y se moldea en productos como envases, piezas
automotrices y componentes electrónicos.
Figura
Termoformado
Nota: El
termoformado es un proceso de trasformación de plástico que involucra una
lámina de plástico que es calentada y que toma la forma del molde sobre el que
se coloca.
1.3. Operaciones de Transferencia de Materia y Energía
1.3.1. Cristalización
Se utiliza
para purificar sustancias sólidas y obtener cristales de alta pureza
Producción
del azúcar
En la
producción de azúcar, la cristalización se utiliza para obtener cristales de
sacarosa a partir del jugo de caña de azúcar
Figura
Cristalización proceso de la
industria azucarera
1.3.2. Deshidratación
Proceso de eliminación o reducción del contenido de
agua de una sustancia o material. La eliminación del agua es esencial en muchas
aplicaciones industriales debido a sus efectos en la estabilidad, calidad y
vida útil de los productos, así como en la eficiencia de ciertos procesos
Deshidratación de pasas
La deshidratación se emplea para eliminar el exceso
de agua de alimentos, como frutas, verduras y carne, con el objetivo de
prolongar su vida útil. Ejemplos comunes incluyen la deshidratación de frutas
para hacer pasas
Figura
Deshidratado
de frutas
Nota: Se
considera que es uno de los métodos más antiguos que se utilizan para la
preservación de alimentos
1.4. Operaciones de Transferencia de Fuerza y Energía Mecánica
1.4.1. Filtración
Separar
partículas sólidas de un fluido (líquido o gas) mediante el paso del fluido a
través de un medio poroso, como un filtro o tamiz.
Industria
del agua
La
filtración es fundamental en el tratamiento de agua potable y aguas residuales.
Se utiliza para eliminar partículas, sedimentos y microorganismos del agua para
hacerla segura para el consumo humano o para su devolución al medio ambiente.
Figura
Sistemas de filtración
Nota: Tratamiento
primario del agua y aguas residuales
1.4.2. Mezclado
Proceso de
combinar dos o más sustancias de manera que se integren uniformemente en una
sola mezcla homogénea.
Industria
de la construcción
El mezclado
se emplea en la producción de hormigón y mortero, donde se combinan cemento,
arena, agua y agregados para crear materiales de construcción.
Figura
Camión Mixer
A
continuación, se presenta una visión general del proceso de refinación del
petróleo. Cabe destacar que no se explicará detalladamente cada etapa del
proceso, sino que se hará énfasis en las reacciones químicas relacionadas con
las operaciones unitarias involucradas.
La
refinación del petróleo es un proceso industrial complejo mediante el cual el
crudo se transforma en productos útiles, tales como gasolina, diésel, queroseno
y otros derivados petroquímicos. Un ejemplo representativo de este proceso es
la Refinería Olmeca, ubicada en Dos Bocas, México.
En
general, el proceso de refinación en la Refinería Olmeca, al igual que en otras
refinerías modernas, se desarrolla en varias etapas clave:
- Destilación:
El petróleo crudo se calienta y se somete a un proceso de destilación fraccionada, en el cual se separan sus componentes en función de sus diferentes puntos de ebullición. - Procesos
de conversión y mejora:
Se aplican diversas tecnologías para optimizar la calidad y el rendimiento de los productos obtenidos. Entre estos procesos se incluyen el craqueo catalítico, la hidrotratación y la alquilación, que implican reacciones químicas específicas para modificar la estructura molecular de los hidrocarburos. - Refinación
y obtención de productos finales:
A partir de los procesos anteriores, se obtienen una variedad de productos refinados como gasolinas, diésel, combustóleo, propano, entre otros.
La
Refinería Olmeca en Dos Bocas tiene como objetivos principales:
- Aumentar
la producción nacional de gasolinas y diésel, reduciendo así la
dependencia de las importaciones.
- Producir
combustibles de mayor calidad, como gasolinas y diésel con contenido ultra
bajo de azufre.
- Garantizar
una mayor disponibilidad de combustibles a precios competitivos para el
mercado nacional.
El Proceso de Refinación
De petróleo crudo a producto final, debido a la diferencia de temperatura a través de toda la columna de destilación fraccional (caliente en la base, fría en la parte superior).
Conclusiones
Para nosotros los futuros profesionales del sector industrial, el dominio de las operaciones unitarias es indispensable. Este conocimiento no solo facilita el diseño y operación eficiente de los procesos industriales, sino que también promueve la seguridad, la innovación y la sostenibilidad en el entorno laboral. Por lo tanto, es una competencia clave que potencia la formación académica y profesional en las disciplinas relacionadas con la ingeniería industrial.
El Proceso de Refinación de Petróleo. (s/f). Oiltanking. Recuperado el 14 de mayo de 2025, de https://www.oiltanking.com/es/publicaciones/glosario/el-proceso-de-refinacion-de-petroleo.html
(S/f). Eng.uc.edu. Recuperado el 14 de mayo de 2025, de https://www.eng.uc.edu/~beaucag/Classes/ChEThermoBeaucage/Books/(McGraw-Hill%20chemical%20engineering%20series)%20Mark%20E.%20E.%20Davis,%20Robert%20J.%20J.%20Davis%20-%20Fundamentals%20of%20Chemical%20Reaction%20Engineering-McGraw-Hill%20(2003).pdf
Felder, R. M., Rousseau, R. W., & Bullard, L. G. (2016). Elementary principles of chemical processes (4th ed.). Wiley.
Geankoplis, C. J., Hersel, A. A., & Lepek, D. H. (2018). Transport processes and separation process principles (5th ed.). Pearson.
SENA. Centro
Agropecuario “La Granja”. (2013). Operaciones Unitarias. https://agroindustriaalimentariaandes.files.wordpress.com/2018/03/13-cartilla-5-operaciones-unitarias2.pdf
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