¿Qué son las operaciones unitarias?
Cuando en la industria química o áreas afines se quiere preparar o sintetizar algún producto a partir de materia prima por medio de un proceso largo y complicado, resulta conveniente dividir este proceso en etapas individuales simples que sean fáciles de analizar por separado. Estas etapas individuales que involucran un solo cambio o transformación se denominan operaciones unitarias.
Una operación unitaria puede involucrar cambios tanto físicos como químicos. Estos cambios pueden ser muy variados e ir desde algo tan simple como el secado de un producto sólido, hasta una reacción controlada de polimerización catalizada en un reactor químico.
La ingeniería química se basa en las operaciones unitarias. De hecho, la forma en que estas se relacionan entre sí y los equipos que se utilizan en ellas, proporcionan la base para el diseño, construcción y control de las plantas químicas.
Tipos de operaciones unitarias
Las operaciones unitarias son muy variadas y se pueden clasificar según cuatro criterios diferentes. Estos son:
- El tipo de transporte que las gobiernan.
- Según su naturaleza.
- Su régimen de trabajo.
- El fin que persiguen.
Estos criterios se describen a continuación:
1. Clasificación según el tipo de transporte que las gobiernan
Este es el principal criterio de clasificación que utilizan los ingenieros químicos. Las operaciones unitarias buscan modificar los materiales de entrada para obtener lo que se quiere en la salida.
Lo anterior implica bien sea modificar su masa o composición, lo que implica una transferencia de materia; modificar su nivel o calidad de energía, lo que implica transferencia de energía; o modificar su velocidad o dirección de movimiento, lo que implica transferencia de cantidad de movimiento.
Según cuál o cuáles de estos tipos de transporte controlen la operación unitaria, éstas se pueden clasificar en:
Operaciones de transferencia de materia
Estas son aquellas en las que hay una transferencia de masa hacia o desde las sustancias involucradas en el proceso. Estas operaciones unitarias incluyen:
- Los procesos de extracción tanto sólido-líquido como líquido-líquido.
- Los procesos de rectificación.
- La absorción y la desabsorción.
- La adsorción y la desorción.
Operaciones de transferencia de energía
Estas operaciones incluyen todos los procesos en los que se transfiere calor hacia o desde el sistema, pero sin que ocurra la pérdida o ganancia de materia. Es decir que solo hay una corriente de entrada y una de salida, pudiendo o no ocurrir un cambio físico. Estas operaciones unitarias incluyen:
- El intercambio de calor sin cambio de fase o de estado.
- Procesos de evaporación y condensación.
- Los procesos de sublimación y deposición.
- Procesos de fusión y de solidificación.
Operaciones de transferencia de materia y energía
En estas operaciones unitarias se utiliza la transferencia de energía, generalmente en forma de calor, para llevar a cabo la separación o la unión de varias fases, por lo que también ocurre una transferencia de masa. Algunos ejemplos de operaciones con transferencia de materia y energía incluyen:
- La humidificación y la deshumidificación.
- El secado.
- La liofilización.
- La destilación.
Operaciones de transferencia de cantidad de movimiento
Estas operaciones unitarias son las que involucran mover un cuerpo de un lugar a otro sin llevar a cabo ninguna otra transformación. Este tipo de operaciones incluye:
- La circulación de fluidos.
- El transporte de sólidos.
Operaciones complementarias
Estas son operaciones adicionales a las ya mencionadas y que no encajan bien en ninguna de las otras clases. Algunos ejemplos son:
- Sedimentación.
- Circulación de fluidos a través de lechos porosos.
- Agitación de líquidos.
2. Clasificación según su naturaleza
De acuerdo a este criterio, las operaciones unitarias se pueden clasificar en:
Operaciones unitarias físicas
Estas operaciones unitarias implican cualquier cambio físico en el que la naturaleza de las sustancias involucradas permanece constante. Es decir, en ellas no ocurren reacciones químicas de ningún tipo.
Operaciones unitarias químicas
Como su nombre lo indica, estas operaciones unitarias involucran la ocurrencia de reacciones químicas que transforman las sustancias químicas de la materia prima en otras sustancias diferentes. Estas operaciones unitarias son la esencia y la razón de ser de la industria química.
Operaciones unitarias biológicas
Son similares a las operaciones unitarias químicas, pero con la única diferencia de que las reacciones químicas las llevan a cabo organismos biológicos vivos tales como bacterias, hongos y levaduras.
3. Clasificación según su régimen de trabajo
Además de la clasificación anterior, las operaciones unitarias tanto físicas como químicas y biológicas también se pueden separar en dos tipos dependiendo de si se llevan a cabo o no de manera ininterrumpida:
Operaciones unitarias por lotes
Son aquellas operaciones en las que la producción o la transformación se da en pasos discretos secuenciales. Generalmente se utilizan en plantas pequeñas o cuando se buscan productos finos o de alta pureza.
Tanto las operaciones unitarias físicas, como las químicas y las biológicas se pueden llevar a cabo por lotes. En el caso de las operaciones químicas, generalmente involucran el uso de un reactor cerrado dentro del cual se añade la materia prima, se cierra para llevar a cabo la reacción química durante un período preestablecido de tiempo, y luego se abre para retirar los productos.
Operaciones unitarias continuas
Son las que se llevan a cabo de manera ininterrumpida. En estos casos tanto la alimentación de materia prima como la remoción o eliminación del producto se hacen de manera continua y de allí su nombre.
4. Clasificación según el fin que persiguen
Finalmente, se pueden distinguir distintos tipos de operaciones unitarias según su finalidad. En este caso, se pueden distinguir 3 grandes categorías:
Operaciones de combinación
Estas incluyen las operaciones de mezclado de dos o más sustancias o fases para obtener una única fase final lo más homogénea posible.
Operaciones de reacción
Corresponden a las operaciones en las que se llevan a cabo transformaciones químicas.
Operaciones de separación
Generalmente se utilizan para purificar reactivos antes de una reacción, o para separar los productos de los reactivos sin reaccionar, del solvente (o de la humedad) o de cualquier impureza antes del proceso de empaquetado.
Ejemplos de operaciones unitarias
Destilación
Es una operación unitaria que involucra la transferencia de calor y materia, que consiste en la separación de mezclas líquidas en base a diferencias en su volatilidad (por lo cual también tienen diferentes puntos de ebullición). La mezcla líquida es calentada hasta su punto de ebullición a una presión preestablecida.
La fase de vapor será más rica en los componentes más volátiles, por lo que al re-condensarla se logra separar a estos de las sustancias menos volátiles que se quedan en el fondo del destilador.
Existen diferentes tipos de destilación con diferentes grados de complejidad para separar distintos tipos de mezclas:
- Destilación simple: consiste en una sola etapa de vaporización y una sola condensación. Se usa cuando las diferencias de volatilidad son grandes o cuando uno de los componentes es mucho más volátil que los demás.
- Destilación fraccionada: es básicamente una técnica en la que se llevan a cabo muchas destilaciones pequeñas y escalonadas en las que progresivamente se van separando los componentes en distintas fracciones. Se utiliza cuando las presiones de vapor de los componentes son similares.
- Destilación al vacío: El vacío disminuye el punto de ebullición de los líquidos por lo que permite destilarlos a una menor temperatura. Esto es deseable cuando hay riesgo de descomposición a temperaturas altas. También sirve para separar mezclas azeotrópicas como algunas mezclas etanol agua.
- Destilación por arrastre con vapor: Consiste en burbujear vapor de agua en una mezcla de líquidos en la que uno de ellos es ligeramente volátil e insoluble en agua. El vapor de agua literalmente arrastra al vapor de dicho líquido y al condensar se separan en dos fases. También sirve para destilar líquidos orgánicos inestables térmicamente a una temperatura menor que su punto normal de ebullición.
Secado
Es una operación unitaria de transferencia de materia en la que el solvente (muchas veces agua) que empapa a un sólido se transfiere por evaporación a la fase gaseosa para ser eliminado, dejando al sólido más seco que antes.
El secado se puede llevar a cabo haciendo pasar una corriente del sólido húmedo por un túnel de secado en el que se hace pasar aire seco caliente en contracorriente. En este caso, se trata de un proceso de secado continuo.
También se puede llevar a cabo en bandejas que se colocan en gabinetes cerrados por los que se hace pasar aire caliente. En dicho caso estamos en presencia de un secado por lotes.
Finalmente, existen también los secadores rotatorios y los secadores por presión, así como la aspersión en una corriente de aire caliente. Esta última se utiliza en algunos casos para la preparación de café instantáneo.
Adsorción
Es un fenómeno de superficie en el que una sustancia disuelta o en fase gaseosa se adhiere a la superficie de un sólido. Los sólidos son materiales adsorbentes porosos con superficies muy altas y que permiten la adsorción de grandes cantidades de soluto o de gas. El carbón activado es un ejemplo común de un adsorbente utilizado tanto en el laboratorio como en la industria.
Un ejemplo de la aplicación de la adsorción sobre carbón activado es en el proceso de descafeinado del café y del té.
Absorción
La absorción consiste en la disolución de un componente de una mezcla gaseosa en un líquido. Es una operación unitaria de transporte de materia que se utiliza mucho para eliminar contaminantes tales como el dióxido de carbono o el sulfuro de hidrógeno del aire antes de ser descargado al medio ambiente.
FAQs
¿Qué son operaciones unitarias y ejemplos? ›
Una Operación Unitaria es la secuencia básica de un proceso que implica un cambio físico o químico, como separación, cristalización, evaporación, filtración, polimerización, isomerización y otras reacciones.
¿Qué tipos de operaciones unitarias existen? ›- Transporte, almacenamiento y transporte de solidos.
- Almacenamiento de líquidos y gases.
- Destilación.
- Quebrantado.
- Intercambio de calor -Calentamiento y/o enfriamiento.
- Agitación y Mezclado.
- Trituración.
- Tamizado.
Para la clasificación de las operaciones unitarias se atiende a la propiedad que predomina en una transformación. En base a ello la clasificación se hace en dos grandes grupos: - Operaciones unitarias físicas. - Operaciones unitarias químicas. Operaciones unitarias físicas - De transferencia de materia.
¿Qué son las operaciones unitarias en los procesos quimicos y para qué son utilizados? ›Las operaciones unitarias son cada uno de los cambios físicos que se producen en los procesos de la industria química. Surgen del estudio de distintos procesos químicos en los cuales aparentemente se realiza una operación distinta pero la base es la misma.
¿Cuál es la importancia de las operaciones unitarias? ›Las operaciones de la unidad en ingeniería química y el tratamiento de unidades en el mismo campo anteriormente mencionado, forman los principios fundamentales de todo tipo de industrias químicas y son la base de los diseños de plantas químicas, fábricas, y el equipo utilizado.
¿Cuál es el objetivo principal de las operaciones unitarias? ›Los principales objetivos de Operaciones Unitarias son: Estudiar las distintas operaciones básicas dentro de un proyecto productivo de la industria química, petroquímica o de aquellas relacionadas, aplicando los conocimientos adquiridos sobre los fenómenos de transporte y los balances de materia y energía.
¿Qué es un proceso y una operación unitaria? ›En Ingeniería Química, las etapas en donde se producen cambios netamente físicos se conocen como operaciones unitarias y donde se produce una reacción química, procesos unitarios.
¿Qué es un proceso y una operación? ›Dentro de una empresa, el proceso de operación se refiere a la actividad por la cual se generan bienes o servicios a partir del consumo de recursos; es decir, a partir del consumo de otros bienes y/o servicios.
¿Qué es operacion unitaria y proceso unitario? ›Las etapas en donde se producen cambios netamente físicos se denominan operaciones unitarias y las etapas donde se produce una reacción química se llaman procesos unitarios.
¿Cuál es la clasificacion de operaciones? ›Las operaciones, que pueden ser de muy distinto tipo, pueden agruparse en unas pocas categorías generales tales como el transporte, la transformación o el almacenamiento. En todo proceso es posible identificar alguna operación y un tipo flujo que predomina sobre otro.
¿Cuáles son las aplicaciones de las operaciones unitarias? ›
Las operaciones unitarias han constituido siempre la base fundamental de la Ingeniería Química, su importancia radica en el hecho de que es raro el proceso químico que no requiera de la purificación inicial de las materias primas o de la separación final de los productos y subproductos.
¿Cuáles son las operaciones unitarias en la industria alimentaria? ›operaciones unitarias. Proceso en el cual se aplica humo en los alimentos para conferir sabor, reforzar color, olor y prolongar la vida de anaquel. Refrigeración. La temperatura del producto se mantiene entre 0 y 4 C y se utiliza para reducir la velocidad de las transformaciones microbianas y bioquímicas en el alimento ...
¿Cómo se divide el análisis cuantitativo? ›Los resultados de un análisis cuantitativo típico se calculan a través de dos medidas, la primera es determinar el peso o volumen de la muestra a analizar y la segunda es la medida de una cantidad que es proporcional a la cantidad de analito que hay en la muestra.
¿Qué proceso unitario? ›Un proceso unitario es una o más operaciones agrupadas en un sistema de manufactura que pueden ser definidas y separadas de otras.
¿Qué son las operaciones unitarias en flujo de fluidos? ›La sedimentación es la operación unitaria que consiste en separar, por acción de la gravedad, un sólido finamente dividido de un líquido en el que está suspendido, obteniendo un líquido clarificado y un lodo más o menos espeso con elevado porcentaje de sólidos.
¿Qué son las operaciones unitarias ambientales? ›operaciones unitarias en Ingeniería Ambiental son un conjunto de procedimientos físicos, químicos y biológicos que se aplican para el tratamiento de líquidos, sólidos y gases, y se basan en los fenómenos de transporte de movimiento, masa y calor.
¿Qué es una operación unitaria en la agroindustria? ›Se llama operación unitaria a una parte indivisible de cualquier proceso de transformación, sea físico, químico o de naturaleza biológica, de una materia prima en otro producto de características diferentes.
¿Qué son las operaciones unitarias UNAM? ›Las operaciones unitarias tienen como propósito realizar un cambio físico de la materia sin que afecte las propiedades químicas de ésta.
¿Cuáles son las operaciones unitarias mecánicas? ›Operaciones mecánicas unitarias es una Experiencia Educativa que facilita al ingeniero Químico alcanzar las competencias para realizar diagnósticos, planteamientos y resolución de problemas complejos de ingeniería química, aplicando el diseño y operación de equipos de filtración, sedimentación, centrifugación, ...
¿Cómo se lleva a cabo el proceso de transferencia de masa en la destilación? ›En la destilación, una fase vapor se pone en contacto con una fase líquida, transfiriéndose masa del líquido al vapor y del vapor al líquido. La destilación se utiliza mucho para separar mezclas líquidas en componentes más o menos puros.
¿Cómo se transfiere el gas al líquido absorbedor? ›
La absorción de gases es una operación unitaria en la cual una mezcla gaseosa se pone en contacto con un líquido, a fin de disolver de manera selectiva uno o más componentes del gas y de obtener una solución de éstos en el líquido.
¿Qué es el balance total de materiales? ›Es la contabilidad exacta de todos los materiales que entran, salen, se acumulan o se agotan en un intervalo de operación dado. acumulan, aparecen y desaparecen en una operación básica o en un proceso industrial.
¿Qué es la transformación de la materia prima? ›El proceso de transformación se refiere al conjunto de operaciones que sufre una materia prima desde su extracción hasta poderla convertir en algún material que resulte apto para ser trabajado o utilizado en la realización de un producto.
¿Cuántas transferencias son controladas en las operaciones unitarias? ›En cualquier operación se transferirá simultáneamente materia, energía y cantidad de movimiento ya que las últimas propiedades están asociados a la materia, por el simple hecho de existir. La operación no viene controlada necesariamente por las tres transferencias, sino sólo por una o máxima dos.
¿Que se estudia en la Ingeniería Química? ›En términos más precisos, se puede decir que: Ingeniería Química es la rama de la Ingeniería que se dedica al estudio, síntesis, desarrollo, diseño, operación y optimización de todos aquellos procesos industriales que producen cambios físicos, químicos y/o bioquímicos en la materia para obtener productos de mayor valor ...
¿Cuál es la importancia de la actividad financiera? ›Las operaciones financieras son instrumentos qué permiten efectuar transacciones en las que se intercambian capitales. Las cuales pueden encontrarse disponibles en cualquier momento. En dónde se destina determinada cantidad de dinero ya sea para su gasto o para la satisfacción de una necesidad.
¿Qué es una operación activa? ›3. ¿Qué son las operaciones activas? Son las operaciones en las que los bancos destinan los recursos propios y captados para obtener una ganancia. Principalmente se refiere al otorgamiento de créditos a las personas, empresas u organizaciones que los soliciten.
¿Qué es la absorcion en operaciones unitarias? ›Absorción es la operación unitaria que consiste en la separación de uno o más componentes de una mezcla gaseosa con la ayuda de un solvente líquido el cual forma solución (un soluto A, o varios solutos, se absorben de la fase gaseosa y pasan a la líquida).
¿Qué es la concentracion en operaciones unitarias? ›Es una operación unitaria utilizada para concentrar alimentos líquidos. Durante el proceso se elimina por ebullición del alimento líquido, un solvente volátil (normalmente agua), hasta que su contenido en sólidos alcance la concentración deseada.
¿Cuáles son las operaciones unitarias más utilizadas en la industria? ›Las operaciones unitarias químicas son: combustión, hidratación, oxidación, reducción, saponificación.
¿Qué es una operacion en alimentos? ›
Las operaciones de servicio de alimentos incluyen la compra de materias primas, la comprobacion del inventario, la preparacion de alimentosy el analisis del negocio en su conjunto. Existen dos categorias diferentes de operaciones de servicio de alimentacion- comercial y no comercial.
¿Qué son las operaciones unitarias de transferencia de calor? ›La transferencia de calor ocurre en operaciones unitarias como la destilación, evaporación y secado. En un proceso de difusión las partículas se mueven de una región de alta concentración a una de baja concentración hasta obtener una distribución uniforme. Dicromato difundiéndose en agua.
¿Qué es el método cuantitativo y cualitativo ejemplos? ›Los métodos de recopilación de datos cualitativos varían utilizando técnicas como grupos focales, entrevistas u observaciones. Los métodos cuantitativos de recopilación de datos incluyen encuestas de papel o encuestas online, encuestas móviles, entrevistas cara a cara o telefónicas, etc.
¿Qué es un análisis cualitativo ejemplo? ›Ejemplos comunes para el análisis de datos cualitativos son: transcripciones de entrevistas, textos (libros o artículos), observaciones de campo, imágenes, videos y datos online, así como también tuits o comentarios en foros de discusión.
¿Cuál es la diferencia entre una alícuota y un analito? ›CONCEPTOS BÁSICOS EN ANÁLISIS QUÍMICO
Se denomina muestra a una parte representativa de la materia objeto de análisis, siendo una alícuota de la muestra una porción o fracción de la misma. Se llama analito a la especie química objeto del análisis.
operaciones unitarias. Proceso en el cual se aplica humo en los alimentos para conferir sabor, reforzar color, olor y prolongar la vida de anaquel. Refrigeración. La temperatura del producto se mantiene entre 0 y 4 C y se utiliza para reducir la velocidad de las transformaciones microbianas y bioquímicas en el alimento ...
¿Cuáles son las aplicaciones de las operaciones unitarias? ›Las operaciones unitarias han constituido siempre la base fundamental de la Ingeniería Química, su importancia radica en el hecho de que es raro el proceso químico que no requiera de la purificación inicial de las materias primas o de la separación final de los productos y subproductos.
¿Qué son las operaciones unitarias en los procesos productivos? ›Las operaciones unitarias son cada una de las acciones necesarias de transporte, adecuación y/o transformación .
¿Qué son las operaciones unitarias UNAM? ›Las operaciones unitarias tienen como propósito realizar un cambio físico de la materia sin que afecte las propiedades químicas de ésta.
¿Cuáles son las operaciones unitarias más utilizadas en la industria? ›Las operaciones unitarias químicas son: combustión, hidratación, oxidación, reducción, saponificación.
¿Qué es una operacion en alimentos? ›
Las operaciones de servicio de alimentos incluyen la compra de materias primas, la comprobacion del inventario, la preparacion de alimentosy el analisis del negocio en su conjunto. Existen dos categorias diferentes de operaciones de servicio de alimentacion- comercial y no comercial.
¿Qué diferencia existe entre operación unitaria y proceso unitario? ›Las etapas en donde se producen cambios netamente físicos se denominan operaciones unitarias y las etapas donde se produce una reacción química se llaman procesos unitarios.
¿Cuál es la clasificación de las operaciones? ›Las operaciones, que pueden ser de muy distinto tipo, pueden agruparse en unas pocas categorías generales tales como el transporte, la transformación o el almacenamiento. En todo proceso es posible identificar alguna operación y un tipo flujo que predomina sobre otro.
¿Qué es procesos y operaciones? ›Dentro de una empresa, el proceso de operación se refiere a la actividad por la cual se generan bienes o servicios a partir del consumo de recursos; es decir, a partir del consumo de otros bienes y/o servicios.
¿Cuáles son las operaciones unitarias de transferencia de masa? ›La transferencia de masa se da en operaciones unitarias como la destilación, absorción, evaporación, secado, lixiviación, filtración por membrana, etc.
¿Qué proceso unitario? ›Un proceso unitario es una o más operaciones agrupadas en un sistema de manufactura que pueden ser definidas y separadas de otras.
¿Qué es un proceso industrial y cuáles son sus características? ›Un proceso industrial es todo aquel que convierte una materia prima en un bien o producto final. Generalmente el bien es producido en masa y se destina al consumo para un gran público objetivo. Estos procesos industriales empezaron a surgir con la Segunda Revolución Industrial, en el siglo XVIII.
¿Qué tipo de operacion unitaria es el tamizado? ›El tamizado es un método físico para separar mezclas. Consiste en hacer pasar una mezcla de partículas de diferentes tamaños por un tamiz o cedazo. Las partículas de menor tamaño pasan por los poros del tamiz atravesándolo y las grandes quedan retenidas por el mismo.
¿Qué es el índice de mezcla? ›∎ Índices de mezclado: Parámetros utilizados para caracterizar el grado de mezcla alcanzado, es decir el grado de homogeneidad. cada una a diferentes tiempos.
¿Que se entiende por la operación unitaria de filtración? ›La filtración es una operación unitaria donde se consigue la separación de los sólidos que se encuentran suspendidos en un medio líquido haciendo pasar la suspensión a través de un medio poroso, el cual va a retener las partículas sólidas dejando pasar el líquido.