OPERACIONES UNITARIAS

OPERACIONES UNITARIAS Las operaciones unitarias son un área de proceso o un equipo donde se incorporan materiales, insumos o materias primas y ocurre una función determinada, son actividades básicas que forman parte del proceso.

DEFINICIÓN

MAQUINARIA

Evaporación

Hay diferentes diferentes tipos de evaporado evaporadores, res, entre ellos encontramos:

Es la concen concentra tració ción n de una solución solución que consta de un soluto no volátil y un solu soluto to volá voláti til; l; en la mayor mayoría ía de las las evaporacio evaporaciones nes el disolvente disolvente es agua. La evapo vaporració ación n se llev lleva a a cabo cabo vaporizand vaporizando o una parte parte del disolvente disolvente con con el fin fin de obte obtene nerr una una solu solució ción n concentrada.

Evaporador de tubo horizontal Evaporador de tubo vertical Evaporador vertical de tubos largos Consiste en un cuerpo cilíndrico en cuyo interior y en la parte parte inferi inferior or hay montados montados unos unos tubos tubos conectados con una caja de vapor. La disolución a tratar tratar hierve hierve alrede alrededor dor de estos estos tubos, tubos, y se procura que el nivel del líquido en el campo del evaporado evaporadorr se mantenga por encima encima del haz de tubos.

CLASIFICACIÓN

Evaporador de película descendente Estos evaporadores tienen una gran acogida en la industria de alimentos. Siendo unas de sus ventajas las siguientes: Alta Alta efic eficie ien ncia, cia, econo conom mía y ren rendimi dimien entto. Alta flexibilidad operativa. Alto Altos s coef coefic icie ient ntes es de tran transf sfer eren encia cias s térm térmico icos. s. Capacidad de trabajar con productos termosensibles o que puedan sufrir deterioro parcial o total de sus propiedades. Limpieza rápida y sencilla (CIP) En esto estos s evap evapo orado adores res la alim limenta entaci ció ón es introducida por la parte superior del equipo, la cual ha sido normalmente precalentada a la temperatura

de ebull bullic ició ión n del primer imer efec efecto to,, media edian nte intercambiadores de calor adecuados al producto. Se prod produc uce e una una dist distri ribu buci ción ón homo homogé géne nea a del del producto dentro de los tubos en la parte superior del evaporador, generando una película descendente de iguales características en la totalidad de los tubos. Dentro Dentro de los tubos tubos se produc produce e la evapor evaporaci ación ón parcial, parcial, y el producto que está siendo siendo concentrad concentrado, o, permanece en íntimo contacto con el vapor que se genera. Los dos fluidos, tanto el producto como su vapor vapor,, tienen tienen igual sentid sentido o de flujo, flujo, por lo que la salida de ambos es por la parte inferior de los tubos. En la parte parte inferi inferior or del evapor evaporado adorr se produc produce e la separación de estas dos fases. El concentrado es tom tomado ado por bomb bombas as y el vapor apor se env envía al cond conden ensa sado dorr (sim (simpl ple e efec efecto to), ), mien mientr tras as que que los los sistemas múltiefecto utilizan como medio calefactor, el vapor generado en el efecto anterior, y por lo tanto el vapor generado en el último cuerpo es el que se envía al condensador. condensador.

Evaporador de película ascendente Los tubos se calientan con el vapor existente en el exterior de tal forma que el líquido asciende por el interior de los tubos, debido al arrastre que ejerce el vapor vapor formado. formado. El movimiento movimiento de dichos dichos vapores vapores genera genera una pelícu película la que se mueve mueve rápida rápidamen mente te hacia arriba. En estos tipos de evaporadores la alimentación se produce por la parte inferior del equipo y la misma asciende por los tubos. El principio teórico que tienen estos evaporadores se asim asimil ila a al 'efe 'efect cto o sifó sifón' n',, ya que cuan cuando do la alimen alimentac tación ión se pone pone en contac contacto to con los tubos tubos calientes, comienza a producirse la evaporación, en

donde donde el vapor vapor se va genera generando ndo paulat paulatina inamen mente te hasta que el mismo, empieza a ejercer presión hacia los los tubo tubos, s, dete determ rmin inan ando do de esta esta mane manera ra,, una una película ascendente. Esta presión, también genera una turbulen turbulencia cia en el produc producto to que está siendo siendo concentrado, lo que permite mejor la transferencia térmica, y por ende, la evaporación.

Evaporador de circulación forzada La evap evapor oriz izac ació ión n por por circ circul ulac ació ión n forz forzad ada a es empleada cuando los productos involucrados en la evaporació evaporación n tienen tienen propiedad propiedades es incrustant incrustantes, es, altas viscos viscosida idades des,, precip precipita itacion ciones, es, crista cristaliz lizaci acione ones s o ciertas características térmicas que imposibilitan una circulación natural.

Son equipos en donde el producto es calentado a trav travé és de un inte interc rca ambia mbiado dorr de calo calorr (los los inte interc rcam ambi biad ador ores es pued puede e ser ser hori horizo zont ntal ales es o verticales), luego se envía a un separador, donde la evapor evaporació ación n se lleva lleva a cabo cabo gracia gracias s a la presió presión n reinante reinante dentro del mismo, mismo, producién produciéndose dose de esta form forma a una una evap evapor orac ació ión n flas flash h y por por ende ende un enfriamiento del producto.

Filtración

Los factores principales a considerar a la hora de

Esta Esta oper operac ació ión n cons consis iste te en la sepa separa raci ción ón de los los sóli sólido dos s que que se encuentran suspendidos en un medio líquido haciendo pasar la suspensión a través de un medio poroso, el cual va a retener retener las partículas partículas sólidas dejando dejando pasar el líquido. Los sólidos quedarán retenidos en función de su granulometría y según sea el tamaño de los poros.

elegir un tipo de filtro frente a otro son: la resistencia espe especí cífi fica ca de la tort torta, a, la cant cantid idad ad a filt filtra rarr y la concentración de sólidos.

Filtro Prensa Consiste en una serie de bastidores de acero que sostienen una tela o malla. Los sólidos se bombean entr entre e cada cada par par de bast bastid idor ores es y una una vez vez llen llenos os,, mediante un tornillo se van oprimiendo unos contra otros, expulsando el agua a través de la tela.

Filtro Al Vacio Este tipo de filtros es recomendado para procesos continuos. En estos filtros se mantiene una presión

subatmosférica corriente abajo del medio filtrante y atmosférica corriente arriba.

Centrifugación

Existen dos grandes grupos de centrifugas:

Centrifuga De Sedimentación Sedimentación La centrifugación es la operación por la cual se utiliza la fuerza centrífuga para separa separarr los líquid líquidos os de los sólido sólidos. s. También puede aplicarse para efectuar  la separación de líquidos inmiscibles.

Esta contiene un cilindro o un cono de pared sólida que gira alrededor de un eje horizontal o vertical. Por  fuerza fuerza centrí centrífug fuga, a, una capa capa anular anular de líquid líquido o de espesor fijo se sostiene contra la pared. A causa de que esta fuerza es bastante grande comparada con la de la grav graved edad ad,, la supe superf rfic icie ie del del líqu líquid ido o se encuentra esencialmente paralela al eje de rotación, independientemente de la orientación de la unidad. Las fases densas "se hunden" hacia fuera y las fases

meno menos s dens densas as se leva levant ntan an haci hacia a dent dentro ro.. Las Las partículas partículas pesadas se acumulan sobre la pared y deben retirarse continua y periódicamente.

Centrífugas De Filtro Estas Estas operan operan como el tambor tambor de rotaci rotación ón de una lavadora lavadora doméstica. doméstica. La pared pared de la canasta canasta está perforada y cubierta con un medio filtrante, como una tela o una rejilla fina, el líquido pasa a través de la pared impelido por la fuerza centrífuga dejando una torta de sólido sólidos s sobre sobre el medio medio filtra filtrante nte.. La rapidez de filtración se incrementa con esta fuerza y con la permea permeabil bilida idad d de la torta torta sólida sólida.. Alguno Algunos s sóli sólido dos s comp compre resib sible les s no se filt filtra ran n bien bien en una una centrífuga a causa de la deformación que sufren las partículas por la acción de la fuerza centrífuga, por lo que la permea permeabil bilida idad d de la torta torta se ve reduc reducida ida considerab considerablement lemente. e. La cantidad cantidad de líquido que se adhier adhiere e a los sólidos sólidos despué después s que éstos se han cent centri rifu fuga gado do depe depend nde e tamb tambié ién n de la fuer fuerza za centrífuga aplicada; en general, el líquido retenido es considerablemente menor que el que queda en la torta que producen otros tipos de filtros.

Sedimentación La sedimentación implica el asen asenta tami mien ento to por por grav graved edad ad de las las

partículas partículas sólidas suspendidas suspendidas en un líquido. Dependiendo del proceso que se esté llevando a cabo y del producto dese desead ado o se gene enerará rarán n sóli sólid dos residuales como son los sedimentos o líquidos residuales en el caso que el sedi sedim mento ento sea sea prim primo ordia rdiall en el proceso.

Cristalización Es la separación de un componente de una solución solución liquida, liquida, transfirié transfiriéndolo ndolo a las fase sólida en forma de cristales que se precipitan.

Reducción de Tamaño Los equipos utilizados utilizados para la reducción reducción de tamaño tamaño Median Mediante te esta esta operac operación ión los sólido sólidos s son: son cortados o partidos en partes más pequeñas pequeñas transform transformando ando el material material Trituradora de rodillos: del estado granular al estado Mediante Mediante dos o más rodillos rodillos de acero que giran pulverulento. uno hacia otro las partículas son arrastradas y atrapadas sufriendo una fuerza de comprensión que las tritura. •

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Molino de martillos: En éste, un eje rotatorio de gran velocidad lleva un collar con varios martillos en su periferia. Al girar el eje las cabezas de los martillos se mueven siguiendo una trayectoria circular dentro de una arma armadu dura ra,, que que cont contie iene ne un plat plato o de rupt ruptur ura a endurecido, de casi las mismas dimensiones que la trayectoria de los martillos. Los productos de alimentación pasan a la zona de acción dónde los martillos los empujan contra el plato de ruptura. La reducción de tamaño es producida principalmente por las fuerzas de impacto.

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Molino de disco de frotamiento: frotamiento: La reducción de tamaño se da por la utilización de la fuerza de frotamiento. Este puede ser molino de disco único o molino de disco doble. El primero consta de la armadura estacionaria del molino y un disco giratorio estriado ligado estrechamente a esta esta y en el segund segundo o la armad armadura ura del molino molino cons consta ta de dos dos disco discos s estr estria iado dos s gira girato tori rios os en dirección contraria.

Molino gravitatorio:

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Molino de bolas: el aparato está formado por un cilindro giratorio horizontal que se mueve a baja velocidad con cierto número de bolas de acero o pied piedra ras s dura duras. s. Las Las bola bolas s resb resbal alan an entr entre e sí provocando cizallamiento en la materia prima.

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Molino de barras: En éstos se reemplazan las bolas por arras de acero, el impacto y la fricción son los principales principales principios principios de de la reducci reducción ón de tamaño.

Tamizado El tamizado es una operación básica en la que una mezcla mezcla de partíc partícula ulas s sóli sólida das s de dife difere rent ntes es tama tamaño ños s se sepa separa ra en dos dos o más más frac fracci cion ones es,, pasá pasánd ndol olas as por un tami tamiz. z. Cada Cada fracción fracción es más uniforme en tamaño tamaño que la mezcla original. El tamizado es una operación unitaria complementaria en muchos casos de la reducción de tamaño o de la trituración.

Despulpado Es la operación por la que se logra la separación de la pulpa de los demás resi residu duos os como como semi semill llas as y cásc cáscar ara, a, haci hacien endo do pasa pasarr la fruta fruta una una vez adecuada (si es necesario) por aspas que conduc conducen en los produc productos tos de esta esta operación operación hacia un tamiz, tamiz, realizando realizando este su función.

Existen dos tipos de despulpadoras: constituido por  Despulpa Despulpadora dora De disco: disco: está constituido uno o más discos vertica icales les que giran ligera ligeramen mente te separa separados dos de una placa placa metáli metálica ca inclinada de forma que los frutos son alimentados por una tolva y son comprimidos entre la placa y el disco con lo cual la semilla es expulsada del fruto. Realiza la misma misma Despulpa Despulpadora dora de tambor: tambor: Realiza func funció ión n que que una una desp despul ulpa pado dora ra de disc disco. o. Es

esen esenci cial alme ment nte e un tamb tambor or gira girato tori rio o con con una una cubierta perforada dentro de una placa de apoyo fija con canales y ranuras de despulpe dispuestas en un ángulo de 45°.

Homogenización Operación por la cual se uniforma una mezc mezcla la de sust sustan anci cias as por por medi medio o químico o físico. Por ejemplo por medio de agitación. agitación. La homogeneiz homogeneización ación es un término que connota un proceso por  el que se hace hace que una una mezcl ezcla a presente presente las mismas mismas propiedade propiedades s en toda la sustancia.

Mezcla

Equipo utilizado en la homogenización:

Homogenizador Homogenizador a presión Para la disminución del tamaño de las partículas se emplea presión. El homogenizador está conformado básicamente por una válvula de homogenización y una bomba de alta presión.

Esta operación unitaria presenta tres variables:

Se puede definir como omo una 1. Mezcla Mezclador dores es de Fluid Fluidos os operac operación ión en la cual cual se efectú efectúa a una combinación combinación uniforme uniforme de dos  Agitadores de Palas: o más componentes, su objeto es Consiste en una hoja plana sujeta a un eje alcanzar una distribución uniforme rotatorio. Normalmente gira de 20 a 150 de los componentes componentes mediante mediante el rpm de velocidad. fluj flujo o. Este ste flu flujo es gene genera rado do comúnmente por medios mecánicos.



Agitadores de Turbina: Están compuestos por un componente impulsor  con más de cuatro cuatro hojas montadas montadas sobre un mismo mismo elemen elemento to y fijas fijas a un eje rotato rotatorio rio,, en gene genera rall son son más más pequ pequeñ eñas as que que las las pala palas, s, midiendo entre el 30% y 50% del diámetro del tanque. Alcanzan velocidades de 30 a 500 rpm.

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Agitadores de Hélice: Están Están hechos hechos con elemen elementos tos impuls impulsore ores s de hojas cortas (generalmente de menos de ¼ del diámetro del tanque) girando a gran velocidad (500 a varios millares de rpm).

2. Mezcla Mezclado dores res de de pasta pasta 

Mezcladoras de Bandeja: - Estacionarias. Los elementos de la mezcla se mueven a lo largo de una trayectoria planetaria, llegando con ello a todas partes del recipiente de mezcla estacionario. - Con Recipien Recipiente te Girato Giratorio rio.. En este este tipo tipo el recipiente es giratorio, al igual que el accesorio mezclador.

3. Mezcla Mezclado dores res de de polvo polvo 

Mezcladoras de volteo: Operan volteando la masa de los sólidos en un tambor giratorio de forma variada, para mejorar su efectivida efectividad d se colocan colocan contrapala contrapalas s o placas de retención o sistemas giratorios internos.

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Mezcladoras de cubeta horizontal: Comp Compue uest stas as por por reci recipi pien ente tes s hori horizo zont ntal ales es semicilíndr semicilíndricos, icos, en los que están localizados localizados uno o más elemen elementos tos girato giratorio rios s (simil (similare ares s a cintas).

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Mezcladoras de tornillo vertical: Consiste en un tornillo vertical giratorio situado en un recipiente cilíndrico o cónico. El tornillo pued puede e esta estarr fijo fijo en el cent centro ro del del depó depósit sito o o

puede puede girar girar o hacer hacer órbita órbitas s alrede alrededor dor del eje cent centra ral, l, pasa pasand ndo o cerc cerca a de las las pare parede des s del del tanque.

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Mezcladoras de lecho fluidizado: Se basan en aplicar flujos (chorros) de aire a elevada presión para hacer borbotear al lecho.

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Mezcladoras de Hoja en "Z": Recipientes Recipientes cilíndricos cilíndricos que contienen dos hojas en Z (tipo listón) que giran en sentido opuesto una de otra.

1. Flujo de fluidos. 2.Transmisión de calor. 3.Mezclado. 4.Separación: 4.Separac ión: destilación, extracción, absorción, adsorción, evaporación, cristalización, humidificación, secado, filtración y centrifugación. 5. Manejo de sólidos:Compr sólidos:Compresión, esión, molienda, tamizado y fluidización