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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

34

35

36

37

38

39

40

41

42

43

44

45

46

47

48

49

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

34

35

36

37

38

39

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42

43

44

45

46

47

48

49

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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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

35

36

37

38

39

40

41

42

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46

47

48

49

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 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

34

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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

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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

34

35

36

37

38

39

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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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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 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.
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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

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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.
32

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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

34

35

36

37

38

39

40

41

42

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46

47

48

49

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 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

33

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49

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 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.
32

33

34

35

36

37

38

39

40

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46

47

48

49

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 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

33

34

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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

34

35

36

37

38

39

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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

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 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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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.
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
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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

35

36

37

38

39

40

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49

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 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.
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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 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.
32

33

34

35

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37

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48

49

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 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

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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 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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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

34

35

36

37

38

39

40

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47

48

49

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 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

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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 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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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

34

35

36

37

38

39

40

41

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46

47

48

49

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 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.
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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 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

33

34

35

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48

49

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 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

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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

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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 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

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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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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

34

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36

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39

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

55


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.
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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 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

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 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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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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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

34

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49

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 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

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

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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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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

35

36

37

38

39

40

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49

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 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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48

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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 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

33

34

35

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37

38

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48

49

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 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

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

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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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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49

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 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

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 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

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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

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

34

35

36

37

38

39

40

41

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47

48

49

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 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.
32

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48

49

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 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.
32

33

34

35

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37

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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 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

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

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

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

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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

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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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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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