Operaciones unitarias y proceso químico. QUIE0108

Operaciones básicas en planta química

David Ignacio Machuca Sánchez, Miriam Hervás Torres

• Publisher: IC Editorial
• Year: 2014
• ISBN:
  9788416207039
• Edition: 1
• Topic: Negocios y empresa
• Subtopic: Manufactura

Libro especializado que se ajusta al desarrollo de la cualificación profesional y adquisición de certificados de profesionalidad. Manual imprescindible para la formación y la capacitación, que se basa en los principios de la cualificación y dinamización del conocimiento, como premisas para la mejora de la empleabilidad y eficacia para el desempeño del trabajo.

Capítulo 1
Operaciones unitarias y equipos utilizados

1. Introducción

Este manual tiene por objetivo la adquisición de todos los fundamentos básicos y comunes para el desarrollo de un trabajo eficiente, regularizado, competente y seguro en lo que se refiere al ámbito de las industrias química, biológica y farmacéutica.

La industria química sufre un continuo cambio por la innovación gracias a la investigación y el desarrollo (I+D) y sus avances técnicos, provocando que las operaciones en un laboratorio disten mucho de aquellas antiguas operaciones de vidrio, siendo hoy en día necesaria una alta capacitación para el desarrollo del trabajo de campo. En este sentido, se hace aún más necesaria la constante formación y el entrenamiento en la capacitación de los profesionales competentes.

2. Operaciones básicas o unitarias

A lo largo de este capítulo, se tratará de los distintos procesos que se realizan en un laboratorio y, posteriormente, son llevados a la industria. Se van a tratar desde un punto de vista teórico, basándose en las variaciones de sus parámetros físicos y químicos, con los principios universales de equilibrio que los rigen.

A continuación, se mostrarán las operaciones básicas características y sus aplicaciones más importantes en la industria.

2.1. Concepto. Definición

Cuando se habla de operaciones básicas, estas se refieren a aquellas operaciones comunes realizadas, basadas en procesos físicos y químicos, que se llevan a cabo en las distintas industrias. Dichas operaciones se centran en el movimiento de materia o flujo, sin que se produzca ningún tipo de reacción química, en un estado llamado estacionario, es decir, donde las propiedades se mantienen constantes en el tiempo.

Por ello, se definen las operaciones básicas o unitarias como aquellos conjuntos de procesos, de carácter tanto físico como químico, aplicados a una determinada cantidad de materia determinada.

2.2. Clasificación de las operaciones unitarias

Las operaciones básicas tienen por objeto la modificación de alguno de sus parámetros. Estos pueden ser de materia, energía o movimiento, clasificándose en función de la transferencia de estos parámetros entre dos sistemas distintos. No obstante, la transferencia puede implicar uno o varios parámetros, obteniendo la siguiente clasificación, en función de:

1. Modificación de su masa o composición.
2. Modificación de su nivel o cantidad de energía.
3. Modificación de las condiciones de movimiento: velocidad.

Es importante, a la hora de entender estos procedimientos, que se produce una transferencia de cualquier parámetro de uno a otro sistema, de modo que siempre la suma de ambos sea constante.

Nota

Las operaciones básicas son aquellos procesos simples llevados a cabo en un laboratorio.

De transferencia de materia

Son aquellas operaciones en la que existe un trasvase físico de materia entre dos sistemas cualquier. El cuerpo humano produce un sistema de transferencia de materia continuo, como es la respiración: se toma oxígeno del exterior y se expulsa dióxido de carbono. Se transfieren dos sustancias materiales entre los dos sistemas, cuerpo y medioambiente.

Así, cuando se presentan dos sistemas con una diferencia en su composición, tienden a intercambiar materia hasta alcanzar una situación de equilibrio.

Sabía que...

La prueba del carbono 14, que determina la edad de los distintos organismos, se basa en establecer cuándo finaliza la transferencia de carbono entre el organismo y el medio donde vive.

Volviendo al ejemplo del cuerpo humano, si no hubiera esa diferencia de oxígeno y dióxido, no se podría producir la respiración, ya que si se está rodeado de dióxido, no hay intercambio de oxígeno y, por lo tanto, sin respiración,se produciría la consiguiente muerte del organismo.

De transferencia de energía

Son aquellas operaciones en la que existe un paso de energía entre dos sistemas cualesquiera, donde el proceso de transferencia entre dos cuerpos, por la distinta temperatura, se denomina calor.

Sabía que...

Unos de los principales avances de la química en el siglo XX fue pensar en que no se puede crear algo de la nada, si no transformar los parámetros del esquema.

Esta transferencia de energía se usa principalmente para el aumento o disminución de la temperatura de los cuerpos, es decir, ambos cuerpos no pueden aumentar su temperatura o viceversa, siendo este uno de los principios básicos de la física.

Nota

Las operaciones básicas son procesos elementales a los que es sometida la materia.

De este modo, la transferencia energética se produce a través de un medio o directamente, por lo que es importante determinar el proceso.

Nota

Se ha de tener en cuenta que en física no existe el concepto de frío, y la transmisión de energía tal como se conoce es denominada transferencia de energía en forma de calor o simplemente calor.

Cuando dicha transferencia se produce a lo largo de un medio, este influye en el proceso, facilitando o entorpeciendo la transmisión,existiendo medios:

1. Aislantes: aquellos que impiden la transmisión de energía.
   Ejemplo: Se usan suelos de parquet para que la energía no se transmita al suelo y no disminuya la energía de la habitación.
2. No aislantes o conductores: aquellos que facilitan la transmisión de energía.
   Ejemplo: Se usan recipientes de aluminio para conservar los helados en el refrigerador.

De transmisión simultánea de materia y energía

En este tipo de fenómenos, se produce un contacto físico íntimo entre los elementos o fases que se disponen en el sistema. Cuando esas fases se unen, comienza un intercambio tanto de energía como de materia.

Ejemplo

Si se quema leña, se observa el tronco ceder calor al medio, a la vez que cede parte de su materia en forma de gas, quedando unas pocas cenizas.

En cambio, si ahora se fija como referencia el medio externo, por ejemplo una habitación, esta toma dióxido y energía para aumentar su temperatura.

Recuerde

Estos fenómenos se producen cuando existe contacto físico entre los elementos o fases.

De transporte de cantidad de movimiento

En el caso de disponer de un sistema material o fase, se le puede aplicar una variación en su movimiento para producir una variación de algunos de sus componentes.

Este transporte, por cantidad de materia, cuando se pone en contacto con dos sustancias, con distintas velocidades y debido al contacto entre estas fases, alcanza la misma velocidad por el rozamiento de ambos fluidos, produciendo la situación de equilibrio e igualando sus velocidades.

Importante

La interacción por rozamiento es el fundamento para las operaciones básicas de sustancias tanto fluidas como sólidas.

Debido a que se produce la interacción entre sólidos y fluidos, se puede hacer la siguiente clasificación, según sean las dos fases que intervienen:

1. Movimiento o circulación de dos sólidos a través de un fluido: se utiliza como medio para favorecer el movimiento. Las técnicas son: centrifugación, sedimentación, flotación, etc.
2. Movimiento de un fluido a través de un sólido: se produce en un paso de la fase líquida en un medio...