INGENIERIA INDUSTRIAL FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN INTRODUCCIÓN Fisicoquímica Operaciones Unitarias Sistemas de Unidades Diagramas de Operaciones Unitarias FISICOQUÍMICA Se llama fisicoquímica a la parte de.
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INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
32
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50
51
52
53
http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
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50
51
52
53
http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
32
33
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http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
55
Slide 4
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
32
33
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http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 5
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
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http://www.proenergia.com/id77.html
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WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 6
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
32
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http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 7
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
32
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http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 8
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
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Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
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http://www.proenergia.com/id77.html
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WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
32
33
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50
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http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
55
Slide 10
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
32
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50
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http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 11
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
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http://www.proenergia.com/id77.html
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WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
32
33
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50
51
52
53
http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
55
Slide 13
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
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50
51
52
53
http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 14
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
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Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
32
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50
51
52
53
http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
55
Slide 15
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
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50
51
52
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http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 16
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
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48
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50
51
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http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 17
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
32
33
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50
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http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
55
Slide 18
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
32
33
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50
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http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 19
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
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http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 20
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
32
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50
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53
http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
55
Slide 21
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
32
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50
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http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 22
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
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http://www.proenergia.com/id77.html
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WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 23
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
32
33
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50
51
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53
http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
55
Slide 24
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
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50
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http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 25
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
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http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
55
Slide 26
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
32
33
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http://www.proenergia.com/id77.html
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WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 27
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
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http://www.proenergia.com/id77.html
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WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 28
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
32
33
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http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
55
Slide 29
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
32
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http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 30
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
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http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 31
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
32
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50
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53
http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
55
Slide 32
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
32
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50
51
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http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 33
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
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http://www.proenergia.com/id77.html
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WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 34
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
32
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50
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53
http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
55
Slide 35
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
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50
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http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 36
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
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54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 37
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
32
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50
51
52
53
http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 38
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
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Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
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50
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http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
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INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
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8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
32
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http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
55
Slide 40
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
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http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 41
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
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http://www.proenergia.com/id77.html
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WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 42
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
32
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50
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http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
55
Slide 43
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
32
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51
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http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 44
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
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Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
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http://www.proenergia.com/id77.html
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WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 45
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
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8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
32
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50
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http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
55
Slide 46
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
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50
51
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http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 47
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
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Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
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http://www.proenergia.com/id77.html
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WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
32
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53
http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
55
Slide 49
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
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50
51
52
53
http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 50
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
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53
http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
55
Slide 51
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
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http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 52
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
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http://www.proenergia.com/id77.html
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WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 53
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
32
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http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 54
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
32
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http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 55
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
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http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
32
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50
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53
http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
55
Slide 2
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
32
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50
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http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 3
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
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Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
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http://www.proenergia.com/id77.html
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WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
32
33
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50
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53
http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
55
Slide 5
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
32
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50
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53
http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 6
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
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http://www.proenergia.com/id77.html
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WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
55
Slide 7
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
32
33
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40
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50
51
52
53
http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
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51
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http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
32
33
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http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
55
Slide 10
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
32
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http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 11
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
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http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 12
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
32
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53
http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
55
Slide 13
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
32
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http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 14
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
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Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
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http://www.proenergia.com/id77.html
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WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 15
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
32
33
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http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
55
Slide 16
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
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50
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http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 17
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
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Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
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http://www.proenergia.com/id77.html
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WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 18
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
32
33
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52
53
http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
55
Slide 19
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
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http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 20
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
32
33
34
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50
51
52
53
http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
55
Slide 21
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
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50
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http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 22
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
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50
51
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http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 23
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
32
33
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50
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http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
55
Slide 24
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
32
33
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50
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http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 25
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
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Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
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http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 26
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
32
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http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 27
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
32
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50
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http://www.proenergia.com/id77.html
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WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 28
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
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Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
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http://www.proenergia.com/id77.html
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WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
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INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
32
33
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50
51
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53
http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
55
Slide 30
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
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50
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http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 31
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
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http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
55
Slide 32
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
32
33
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http://www.proenergia.com/id77.html
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WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 33
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
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http://www.proenergia.com/id77.html
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WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 34
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
32
33
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http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
55
Slide 35
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
32
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http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 36
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
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Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
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http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 37
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
32
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50
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http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
55
Slide 38
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
32
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50
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http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 39
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
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Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
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http://www.proenergia.com/id77.html
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WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 40
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
32
33
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50
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53
http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
55
Slide 41
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
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50
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http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 42
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
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WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 43
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
32
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50
51
52
53
http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
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50
51
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http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
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INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
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8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
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http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 46
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
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Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
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http://www.proenergia.com/id77.html
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WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 47
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
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http://www.proenergia.com/id77.html
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WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 48
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
32
33
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http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
55
Slide 49
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
32
33
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51
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http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 50
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
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Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
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http://www.proenergia.com/id77.html
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WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
32
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50
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http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
55
Slide 52
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
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50
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http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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Slide 53
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
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Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
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http://www.proenergia.com/id77.html
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WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
32
33
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50
51
52
53
http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
55
Slide 55
INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICOQUÍMICA Y OPERACIONES UNITARIAS
Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
INTRODUCCIÓN
Fisicoquímica
Operaciones Unitarias
Sistemas de Unidades
Diagramas de Operaciones Unitarias
2
FISICOQUÍMICA
Se llama fisicoquímica a la parte de la química que
estudia las propiedades físicas y estructura de la
materia, las leyes de la interacción química y las
teorías que las gobiernan; y en este curso su
aplicación en las operaciones unitarias.
Fuente de la imagen: Proyecto Sur Nuclear Texas.
3
Operaciones unitarias
En las industrias de procesos químicos, físicos
y biológicos, existen muchas semejanzas en
cuanto a la forma en que los materiales de
entrada o de alimentación se modifican o se
procesan para obtener los materiales finales de
productos químicos o biológicos.
Es posible considerar estos procesos químicos,
físicos o biológicos,
aparentemente distintos, y
clasificarlos en una serie de
etapas individuales y
diferentes llamadas
operaciones unitarias.
4
Estas operaciones unitarias son comunes a
todos los tipos de industrias de proceso.
MATERIAS
PRIMAS
PROCESO
PRODUCTOS
FINALES
5
Procesos fundamentales de transporte
1. Transferencia de momento lineal: 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 como tal a la
transferencia de calor que pasa de un lugar a
otro,
se
presenta
en
las
operaciones
unitarias
de
transferencia de calor, secado,
evaporación, destilación y otras.
6
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
liquidas. Este proceso incluye destilación,
absorción,
extracción
liquido-liquido,
separación por membranas, adsorción y
lixiviación.
7
Clasificación de las operaciones unitarias
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que
determinan el flujo y transporte de cualquier
fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria
concierne a los principios que gobiernan la
acumulación y transferencia de calor y de
energía de un lugar a otro.
3. Evaporación. Éste es un caso especial de
transferencia de calor, que estudia la
evaporación de un disolvente
volátil (como el agua), de un soluto
no volátil como la sal o cualquier
otro tipo de material en solución.
8
4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi
siempre agua de los materiales sólidos.
5. Destilación. Separación de los componentes de
una mezcla líquida por medio de la ebullición
basada en las diferencias de presión de vapor.
6. Absorción. En este proceso se separa un
componente gaseoso de una corriente por
tratamiento con un líquido.
7. Separación de membrana. Este
proceso implica separar un soluto
de un fluido mediante la difusión de
este soluto de un líquido o gas, a
través de la barrera de una
membrana semipermeable, a otro
fluido.
9
8. Extracción
soluto de
poniéndolo
líquido que
solución.
líquido-líquido. En este caso, el
una solución líquida se separa
en contacto con otro disolvente
es relativamente inmiscible en la
9. Adsorción. En este proceso, un componente de
una corriente líquida o gaseosa es retirado y
adsorbido por un adsorbente sólido.
10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el
tratamiento de un sólido finamente molido con
un líquido que disuelve y extrae un
soluto contenido en el sólido.
10
11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un
soluto, como la sal, de una solución por
precipitación de dicho soluto.
12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la
separación de sólidos, líquidos o gases por
medios mecánicos, tales como filtración,
sedimentación o reducción de tamaño, que por
lo general se clasifican como operaciones
unitarias individuales.
11
Proceso y Operación Unitaria
Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial o insumo.
Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde
se realiza una modificación específica de una
corriente.
12
Descripción y Representación
Diagrama de bloques
Diagrama de flujos
Corrientes de un Proceso
13
1. Diagrama de bloques: Esquema simplificado
del proceso donde se representan las
principales etapas.
Insumo
Etapa 1
Etapa 2
Producto
Proceso
14
2. Diagrama de flujos: Representación
esquemática del proceso, donde se ilustran sus
características esenciales.
a) Secuencia en que ocurren las operaciones
unitarias.
b) Equipos utilizados
operación.
para
realizar
cada
c) Flujos de materia y energía
15
3. Corrientes de un Proceso: Flujos de materia
que ingresan o salen de una operación unitaria o
equipo. Los flujos pueden estar formadas:
a) por varias sustancias o compuestos
químicos.
b) por más de una fase (ej. sólido en
suspensión en un líquido)
Una corriente se caracteriza por su composición,
400 kmol/h
presión y temperatura.
T = 120 ºC
P = 0,8 atm
1000 kmol/h
T = 30 ºC
P = 1 atm
Evaporador
600 kmol/h
T = 60 ºC
P = 1,1 atm
16
Agua, W kg/h
1000 kg/h
20% KNO3
Evaporador
S kg/h
50% KNO3
Recirculación, R kg/h
37,5% KNO3
Cristalizador
Cristales, P kg/h
4% agua
Corrientes de un proceso
17
Composición de una corriente
1. Fracción másica o fracción molar
ppm (parte por millón) = Fracción x 106
• La suma de fracciones da 1
• Fracción másica ≠ Fracción molar
18
2. Razón de composición
19
Sistemas de unidades Análisis dimensional
Medición
Debe ser preciso, sin ambigüedades. Por
ejemplo, es más claro decir que el plomo tiene
una densidad de 11,34 g/cm3, que decir que el
plomo es denso
Para poder medir deben
siguientes condiciones:
cumplirse
las
1. Tener una definición precisa (qué
es longitud en el caso de una
varilla)
20
2. Tener un estándar (el metro, pie)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro
sobre la varilla y ver cuantas veces es mayor
una de la otra)
21
Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud Medible: Una propiedad
física, como masa, fuerza, longitud, tiempo,
temperatura o una combinación de ellas. Puede
ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad: Una cantidad definida y precisa de una
determinada magnitud (m, kg, atm).
Estándar: Que sirve como norma de referencia
para medir cosas de la misma especie.
22
Consideradas unidades básicas:
Masa (m): cantidad de materia
Longitud (L): distancia entre dos puntos
Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos
Temperatura (T): potencial que moviliza el
calor, o bien grado de frío o calor que determina
el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro.
23
Sistemas de unidades
Los sistemas de unidades son conjuntos de
unidades convenientemente relacionadas entre sí
que se utilizan para medir diversas magnitudes
(longitud, peso, volumen, etc.). Universalmente se
conocen tres sistemas de unidades: mks o
sistema internacional, cgs y Técnico.
24
Unidades básicas del Sistema Internacional
25
Unidades Derivadas
26
Los sistemas métrico y SI son sistemas
decimales, en los que se utilizan prefijos para
indicar fracciones y múltiplos de diez.
27
Métodos de Conversión de unidades
Método de las equivalencias
Número de unidades de varios sistemas que
expresen la misma magnitud.
1 libra = 453,6 g = 0,4536 Kg
1 BTU = 252 cal = 1055 J
kg
Kg
1 lb
0,3048 m
lb
1
1
0,68
ms
m s 0,4536 Kg
1 ft
ft s
28
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212°’F
100°’C
373k
32°’F
0°’C
273k
- 459°’F
-273°’C
0.0 k
29
Tipos y Unidades de Presión
Presión Atmosférica
Presión Manométrica
30
Unidades de Presión
31
Diagramas de operaciones unitarias
Se trata de los símbolos utilizados comúnmente
para representar los distintos equipos utilizados en
la industria y la función que realizan cada uno de
ellos, como los evaporadores que concentran
solidos solubles, los equipos de trituración, de
separación, mezcladores, etc.
Los cuales son importantes
conocer y lograr identificarlos
dentro de un diagrama de
proceso industrial.
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45
46
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50
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53
http://www.proenergia.com/id77.html
54
WEBGRAFIA
http://www.academia.edu/7012415/TEMA_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_
Operaciones_Unitarias_Tema_4_Tipos_de_Operaciones_Unitarias_Profesor_Sr
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_EXE/operac
iones_unitarias_y_clasificacin.html
https://es.scribd.com/doc/94165311/Capitulo-1-de-Operaciones-Unitarias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/cap
1/c1_4.htm
http://www.proenergia.com/id77.html
leonmota.mex.tl/images/13733/Unidad%203%20Proc%20Ind.pptx
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