Vídeo de exposición https://youtu.be/WGKkCSwHvyk

1. PORTAFOLIO DE
OPERACIONES UNITARIAS
NOMBRES:
• HUGO ALEJANDRO ALCIVAR BARBERÁN
• LEIDE STEVEN LOOR TAMA
• JESÚS ALEXANDER ROSS LOOR
• JEFFERSON JOAO VALVERDE RODRIGUEZ

2. OPERACIONES UNITARIAS
Proceso diseñado consta de serie de operaciones químicas y físicas que son específicas del proceso considerado.
Pero en otros procesos son operaciones comunes e iguales para varios procesos. Un proceso se descompone
generalmente en la siguiente secuencia:

3. INTRODUCCIÓN
La ingeniería química trata de procesos industriales en los que las
materias primas se transforman o separan en productos útiles.
El ingeniero industrial debe desarrollar, diseñar y operar líneas de
procesos productivos: seleccionar las materias primas adecuadas,
dimensionas las operaciones físicas y químicas del proceso, hace
operar las plantas con eficiencia, seguridad y economía.
La Ingeniería Química se define como, .. “La aplicación
de los principios de las ciencias físicas, junto con los
principios de economía y relaciones humanas, a campos
que atañen en forma directa a los procesos y equipo de
proceso en los cuales se trata la materia con el fin de
modificar su estado, contenido de energía o
composición.”

4. Un método muy conveniente para organizar la materia de
estudio que abarca la ingeniería química se basa en dos
hechos
1.- Aunque el numero de
procesos individuales es grande,
cada uno puede ser fragmentado
en una serie de etapas,
denominados operaciones, que se
repiten a lo largo de los diferentes
procesos
2.- Las operaciones individuales
tienen técnicas comunes y se
basan en los mismos principios
científicos

5. Los procesos industriales pueden
consistir en diversas secuencias de
etapas, cuyos principios son
independiente del material en
procesos y de otras características del
sistema particular.
La versatilidad de la ingeniería química
se origina en el entrenamiento
practico de la descomposición de
procesos

6. OPERACIONES UNITARIAS
Las operaciones unitarias en la
Ingeniería química se basa en la filosofía
de etapas pueden reducirse a
reacciones simples que tienen
fundamentos idénticos, sin importar que
material vaya a procesarse.
Se necesita una gran cantidad de equipo
y operaciones para purificar o preparar
las mezclas , a manudo complejas, para
su uso como producto final.
Por Operación Unitaria se entiende una
etapa característica de un proceso
químico que busca modificar
fundamentalmente la composición
mediante procesos físicos y
fisicoquímicos.
todo proceso químico conducido en
cualquier escala puede descomponerse en
una serie ordenada de lo que pudieran
llamarse operaciones unitarias, como
pulverización, secado, cristalización,
destilación, etc.

7. PULVERIZACIÓN ADSORCION CRISTALIZACIÓN
MEZCLADO CONDENSACION FILTRACIÓN
CALENTAMIENTO ELECTROLISIS DISOLUCIÓN
CALCINACION LIXIVIACIÓN AGITACIÓN
ABSORCION PRECIPITACIÓN CENTRIFUGACIÓN
FLUJO DE FLUIDO
TRANSFERENCIA DE
CALOR
DESTILACIÓN
HUMIDIFICACIÓN
ETC..
Cualquier proceso químico, sin importar la escala, puede resolverse en una serie
coordinada de lo que puede llamarse “acciones unitarias”, como son:
Aunque las Operaciones Unitarias son una rama de la ingeniería, se basan de igual
manera en la ciencia y la experiencia. Se deben combinar la teoría y la practica
para diseñar el equipo, construirlo, ensamblarlo, hacerlo operar y darle
mantenimiento

8. EQUILIBRIO
La tendencia que tiene la energía
térmica a fluir de una región de alta
concentración (cuerpo caliente) a una
región de baja concentración (cuerpo
frío), es conocida universalmente. De la
misma forma, es bien conocida la
tendencia de la energía eléctrica a fluir
de una región de alto potencial a una de
bajo potencial, de acuerdo con la ley de
Ohm (I= E/R)
Esta curva expresa en unidades de presión, la
concentración de vapor que se encuentra en
equilibrio con el líquido
puro, cuando ambas fases tienen la misma
temperatura. En el caso de
una mezcla líquida, debe alcanzarse el
equilibrio entre las fases líquida
y de vapor para todos y cada uno de los
constituyentes de la mezcla

9. FUERZA MOTRIZ
Cuando se ponen en contacto dos sustancias o fases que
no están en equilibrio, se observa una tendencia al
cambio que conduce a la condición de equilibrio.
La diferencia puede expresarse en términos de las
concentraciones de diversas propiedades de
las sustancias.

10. PRESIÓN DE VAPOR
La presión de vapor es la presión a la
cual la fase líquida y gaseosa están en
equilibrio, es decir, el mismo número de
moléculas que se evaporan se condensan
nuevamente.
Por ejemplo, en los datos de las tablas
termodinámicas del agua se ve que la
presión de vapor a 50 °C es 12.333 kPa
(92.5 1 mm de Hg). Mientras que a 100 °C,
la presión de vapor aumenta en alto grado
a un valor de 101.325 kPa (760 mm de Hg).

11. Presión y temperatura de
saturación
A una presión determinada, la
temperatura a la cual una sustancia
pura cambia de fase se conoce como
temperatura de saturación Tsat. De
manera semejante,
a una temperatura dada, la presión a
la cual una sustancia pura cambia de
fase se llama presión de saturación
Psat
Punto de ebullición
El punto de ebullición de un líquido se
define como la temperatura a la cual la
presión de vapor del líquido es igual a la
presión total.
Por lo tanto, si la presión atmosférica total
es de 760 mm de Hg, el agua hierve a 100
°C. En la cumbre de una montaña alta,
donde la presión es considerablemente más
baja, el agua hierve a
temperaturas inferiores a 100 °C

12. CONSERVACIÓN DE LA MASA
Esta ley, expresada en forma simple, enuncia que la masa no puede crearse ni
destruirse
• Entradas = Salidas + Acumulación
En la mayoría de los casos no se presenta acumulación de materiales en el
proceso, por lo que las entradas son iguales a las salidas. Expresado en otras
palabras, “ lo que entra debe salir”. A este tipo de sistema se le llama proceso
en estado estacionario.
• Entradas = Salidas (estado estacionario)

13. CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA
Un balance de energía se aplica a un proceso, o a una parte del mismo, para un
sistema abierto separado de los alrededores por un límite imaginario.
La energía puede manifestarse de varias maneras. Algunas de sus formas más
comunes son la entalpía, la energía eléctrica, la energía química (en términos de
la AH de la reacción), la energía cinética, la energía potencial, el trabajo y el
flujo de calor

14. CALOR
CALOR SENSIBLE
CALOR LATENTE CALOR DE REACCIÓN
CAPACIDAD CALORICA
Energía calorífica que
suministrada a un cuerpo o un
objeto, hace que aumente su
temperatura sin afectar su
estructura molecular y por lo
tanto su Fase.
Es el cociente entre la cantidad de
energía calorífica transferida a un
cuerpo o sistema en un proceso
cualquiera y el cambio de
temperatura que experimenta.
Cantidad de energía requerida por una
sustancia para cambiar de fase, de sólido
a líquido o de líquido a gaseoso. Se debe
tener en cuenta que esta energía en
forma de calor se invierte para el cambio
de fase y no para un aumento de la
temperatura.
Energía que se libera o absorbe
cuando las sustancias químicas
se transforman en
una reacción química.

15. PATRONES DE FLUJO
La transferencia puede llevarse a
cabo con las dos corrientes
fluyendo en la misma dirección
(esto es, flujo paralelo). Si se usa
flujo en paralelo, la cantidad que
puede transferirse está limitada
por las condiciones de equilibrio
que se alcanzarán entre las dos
corrientes, que se encuentra en
contacto. Si, por el contrario, las
corrientes fluyen en direcciones
opuestas, es posible alcanzar
una transferencia de mayores
cantidades de materia o energía.
Este patrón de flujo se conoce
como flujo a contracorriente.

16. OPERACIONES TRANSITORIAS Y
ESTABLES/CONTINUAS E INTERMEDIAS
Una operación que varía con el
tiempo recibe el nombre de
transitoria o estado inestable,
en contraste con la operación
conocida como estado estable,
en el cual las condiciones no
varían con el tiempo. En las
operaciones intermitentes casi
todo el ciclo es un arranque y
paro transitorios. En una
operación continua, el tiempo
durante el cual existe un
arranque transitorio puede ser
extremadamente pequeño en
comparación con la operación
en estado estable.

17. SEPARACIÓN
Casi todos los procesos
químicos requieren
un sólido, un líquido o un
gas en los componentes
que lo
constituyen. Tales
operaciones se llevan a
cabo con frecuencia
poniendo en contacto tal
fase con otra, de tal forma
que algunos de los
componentes se
de fase a fase.
El término procesos de
separación, incluye
aquellas operaciones
unitarias que involucran
una separación de por
transferencia de masa
entre fases. También
puede incluirse la
separación completa de
fases, así como la
filtración o decantación.
Es obvio que la
separación de una
solución o de alguna
otra mezcla físicamente
homogénea, requiere
una transferencia
preferencial de un
constituyente a una
segunda fase que
separarse por medios
físicos de la mezcla
residual.

18. MODELOS FÍSICOS IMPORTANTES
OPERACIONES EN ETAPAS
Es un dispositivo al cual entran dos corrientes
que interactúan para alcanzar el equilibrio al
salir de la etapa. Este modelo se conoce como
etapa de equilibrio y se supone que siempre da
lugar a la formación de dos corrientes de
producto que se encuentran en equilibrio.
LAS OPERACIONES DE VELOCIDAD
Dependen de la velocidad de transferencia y
por ello, reciben el nombre de operaciones de
velocidad. La transferencia de un gran número
de propiedades de un material -como puede
ser eléctrica, magnética, térmica, de
concentración de masa y de momento- sigue la
misma expresión matemática de velocidad de
transferencia en función del gradiente de
concentraciones.

19. TRANSFERENCIA DE MOMENTO
LINEAL (Mecánica de Fluidos)

20. MECÁNICA DE FLUIDOS
La rama de la ingeniería que estudia
comportamiento de los fluidos (que
comprenden los líquidos, gases y vapores)
recibe el nombre de Mecánica de Fluidos
o Transferencia de Momento Lineal.
La Transferencia de Momento Lineal, consta
de dos ramas importantes para el estudio de las
Operaciones Unitarias:
- la Estática de Fluidos, que trata de los fluidos
en el estado de equilibrio sin esfuerzo cortante.
- La Dinámica de Fluidos, que trata los fluidos
cuando partes de ellos se mueven con relación a
otras.

21. ESTÁTICA DE FLUIDOS
Conceptos Básicos
¿Qué es un fluidos?
Un fluido es una sustancia capaz de fluir y que
no resiste en forma permanente la distorsión.
Un fluido, Si se intenta cambiar la forma de una
masa del fluido a través de esfuerzos cortantes,
se produce un deslizamiento de unas capas de
fluido sobre otras hasta que se alcanza una
nueva forma
FLUIDO EN REPOSO
FLUIDO EN MOVIMIENTO

22. VISCOSIDAD
La fuerza que un fluido fluyente ejerce sobre un cuerpo en
la dirección del flujo se llama fuerza de arrastre, y la
magnitud de ésta depende, en parte, de la viscosidad.
La viscosidad puede ser considerada como
la pegajosidad interna de un fluido

23. FLUIDOS COMPRENSIBLES E
INCOMPRENSIBLES
MEDICIÓN DE PRESIÓN PARA
FLUIDOS INCOMPRENSIBLES
Si un fluido se ve poco afectado por los
cambios de presión, se dice que es
incompresible.
La mayoría de los líquidos son
incompresibles
Medición de Presión
para fluidos Incompresibles
Las únicas fuerzas que actúan sobre
sobre un fluido son
Gravedad
ϒ = 𝜌 𝑔
Presión
∆𝑃 = ϒh

24. PRESIÓN EN FLUIDOS ESTÁTICOS
Se considera como la fuerza superficial que ejerce un fluido por unidad de área
de las paredes del recipiente que lo contiene.

25. RELACIÓN ENTRE LA PRESIÓN ABSOLUTA,
ATMOSFÉRICA Y MANOMÉTRICA
Presión Absoluta
Se conoce como presión
absoluta a la presión real que se
ejerce sobre un punto dado. El
concepto está vinculado a
la presión atmosférica y
la presión manométrica.
Presión Manométrica
Se aplica tan solo en aquellos
casos en los que la presión es
superior a la presión
atmosférica; cuando esta
cantidad es negativa se llama
presión de vacío
Presión Atmosférica
Es la fuerza por unidad de
superficie que ejerce el aire
que forma la atmósfera sobre
la superficie terrestre.El
valor de la presión
atmosférica sobre el nivel del
mar es de 1013,25 hPa.

26. VARIACIÓN DE LA PRESIÓN EN FLUIDOS
ESTÁTICOS
Las únicas fuerzas que
actúan sobre el fluido son
las debidas a la gravedad y
a la presión
Como la suma de las
fuerzas debe ser igual a cero
(condición de equilibrio y
reposo) en todo el fluido, se
puede satisfacer la Ley de
Newton aplicándola a un
cuerpo libre arbitrario de
fluido de tamaño diferencial,
con lo cual se puede obtener
una expresión para la
Variación de Presión de un
Fluido Estático

27. Variación de presión de un fluido
compresible Si el fluido es un gas
perfecto en reposo a temperatura
constante, entonces
𝜌= 𝑃𝜌𝑂/𝑃𝑂
Para fluidos comprensible en los cuales la densidad
depende de la altura y el gradiente de longitud es
relativamente grande, se tiene

28. Medición de presiones en la
industria
Vacuómetro
Manómetro
En las plantas químicas y de
otro tipo de procesos
industriales con frecuencia es
importante medir y controlar
la presión en un recipiente o
proceso, o el nivel de líquido
en un recipiente
Medición de la presión
cuando ésta resulta menor a
la presión de la atmósfera.
El Manómetro es un
instrumento utilizado para
medir diferencias de presión.
Aplicación de la Estática de Fluidos

29. Decantador continuo por
gravedad
Un decantador de gravedad del
tipo que se muestra en la figura
se utiliza para la separación
continua de dos líquidos no
miscibles de densidades
diferentes
Decantador centrífugo
Cuando la diferencia entre las
densidades de los dos líquidos es
pequeña, la fuerza de la gravedad
es demasiado débil para separar
los líquidos en un tiempo
razonable
Las líneas de desborde y la parte
superior del tanque están
comunicadas a la atmósfera
FORMULAS PARA UTILIZAR
DECANTADORES

30. TRANSFERENCIA DE MOMENTO LINEAL
 La cinemática de fluidos es el estudio que explica cómo fluyen los fluidos y
cómo describir su movimiento, sin necesariamente considerar las fuerzas y
momentos que lo causan. Desde un punto de vista fundamental existen dos
maneras de describir el movimiento: la descripción lagrangiana del flujo de
fluidos (siguiendo una partícula de fluido) o la descripción euleriana del flujo
de fluidos (que pertenece a un campo de flujo).
En la descripción lagrangiana, debe
seguirse la huella de la posición y de la
velocidad de cada partícula
En la descripción euleriana se definen
las variables de un campo, como el
campo de presión y el campo de
velocidad, en cualquier lugar.

31. CONSERVACIÓN DE LA MASA
Para un volumen de control (VC), el balance de masa se
expresa en la forma de razón como:
En la mecánica de fluidos, la
relación de conservación de
la
masa escrita para un
volumen diferencial de
control suele llamarse
ecuación de
continuidad

32. En el transcurso de un proceso de flujo
estacionario, la cantidad total de masa contenida
dentro de un volumen de control no cambia con el
tiempo (mVC → constante). Entonces el principio
de conservación de la masa exige que la cantidad
total de masa que entra en un volumen de control
sea igual a la cantidad total de masa que sale de él.
FLUJ0 ESTACIONARIO

33. Los gastos volumétricos hacia dentro y hacia
fuera de un aparato pueden ser diferentes. El
gasto volumétrico a la salida de un compresor
de aire es mucho menor que el que se tiene en
la admisión, aun cuando la razón de flujo de
masa de aire a través del compresor es
constante.
Si el sistema es de flujo estacionario con una sola
corriente, tenemos:

34. La ecuación de Bernoulli
Es una relación aproximada entre la
presión, la velocidad y la elevación , y es
válida en regiones de flujo estacionario e
incompresible en donde las fuerzas netas
de fricción son despreciables

35. FLUJO ESTACIONARIO E INCOMPRENSIBLE
La suma de la energía cinética, la potencial y la
de flujo de una partícula de fluido es constante
a lo largo de una línea de corriente en el
transcurso del flujo estacionario, cuando los
efectos de la compresibilidad y de la fricción
son despreciables.

36. Se define como la forma de energía que se puede
convertir completa y directamente a trabajo
mecánico por medio de un dispositivo mecánico ideal
como lo es una turbina ideal.

37.  La ecuación de la energía del flujo estacionario en términos de la unidad de
masa puede escribirse de manera conveniente como balance de energía
mecánica:

38. BOMBA
Es un término general que designa a
cualquier máquina hidráulica que añada
energía a un fluido. El objetivo de tener
una bomba es añadir energía al fluido, lo
que da como resultado un incremento en
la presión de éste, y no necesariamente
un aumento en la velocidad del fluido
cuando pasa por la bomba.

39. Las dos clases principales son las bombas de desplazamiento
positivo y las bombas centrífugas. Las unidades de
desplazamiento positivo aplican presión directamente al líquido
por un pistón reciprocante, o por miembros rotatorios, los cuales
forman cámaras alternadamente llenas o vacías del líquido. Las
bombas centrífugas generan altas velocidades de rotación,
entonces convierten la energía cinética resultante del líquido en
energía de presión.

40. DINÁMICA DE FLUIDOS
COMPRENSIBLES
ECUACIONES GENERALES DE LOS GASES
Ley Lussac (Isocórico)
Ley de Boyle
Ley Charles Isobárico 𝑣 1
𝑇1
=
𝑉2
𝑇2
𝑃1
𝑇1
=
𝑃2
𝑇2
P1 V1= P2 V2

41. VENTILADORES, SOPLADORES Y
COMPRENSORES
• Éstas son máquinas que mueven y comprimen gases.
• Los ventiladores descargan grandes volúmenes de gas (normalmente aire) dentro de los espacios
abiertos o ductos grandes. Son máquinas de baja velocidad que generan presiones muy bajas, del
orden de 0.04 atm.
• Los sopladores son aparatos rotatorios de alta velocidad (que usan el desplazamiento positivo o la
fuerza centrífuga) que desarrollan una presión máxima de cerca de 2 atm.
• Los compresores, los cuales también son de desplazamiento positivo o máquinas centrífugas,
descargan a presiones desde 2 hasta varios miles de atmósferas.

42. FÓRMULAS
Una diferencia entre bombas y
aparatos para el flujo de gases
radica en el efecto de la presión
y la temperatura sobre la
densidad del gas que entra en la
máquina
Ventiladores
La relación de compresión para
los compresores reciprocantes se
basa en la siguiente ecuación,
donde n es el numero de etapas
(pistones) del compresor:

43. BOMBAS DE VACÍO
Un compresor que
succiona a una presión
por debajo de la
atmosférica y descarga a
la presión atmosférica se
conoce como bomba de
vacío
A medida que disminuye
la presión absoluta en la
succión, la eficiencia
volumétrica disminuye y
se aproxima a cero a la
presión absoluta más
baja que llega a alcanzar
la bomba
Cualquier tipo de
soplador o compresor (
rotatorio o centrífugo)
puede adaptarse para
hacer vacío, modificando
el diseño de forma que
entre gas a densidad
baja por la succión y se
alcance la relación de la
compresión necesaria

44. SOPLADORES Y COMPRESORES
Para usar esta ecuación, hay que evaluar la integral,
lo cual requiere información sobre la trayectoria
seguida por el fluido en el equipo desde la succión
hasta la descarga.

45. SOPLADORES Y COMPRESORES
Compresión Adiabática
Para unidades sin
enfriamiento, el fluido sigue
una trayectoria isentrópica
Compresión Politrópica
En los compresores de gran
tamaño, la trayectoria del
fluido no es isotérmica ni
adiabática
Compresión Isotérmica
Cuando el enfriamiento
durante la compresión es
completo, la temperatura
permanece constante y el
proceso es isotérmico

46. EFICIENCIA DEL COMPRESOR:
La eficiencia máxima de los compresores
reciprocantes es alrededor de 80 a 85%, inclusive
alcanza 90% en compresores centrífugos.
La potencia que requiere un compresor se calcula
fácilmente.

47. • La agitación se refiere al movimiento
inducido de un material en una manera
específica, normalmente en un patrón
circulatorio dentro de algún tipo de
contenedor
• La mezcla es una distribución aleatoria,
dentro y a través una de otra, de dos o más
fases inicialmente separadas

48. Los líquidos se agitan con más
frecuencia en algún tipo de
tanque o recipiente, por lo
general de forma cilíndrica y
provisto de un eje vertical ,Las
proporciones del tanque varían
bastante, dependiendo de la
naturaleza del problema de
agitación
Los agitadores de impulsor o
rodete se dividen en dos clases
Los que generan corrientes
paralelas al eje del impulsor se
llaman impulsores de flujo axial
y aquellos que generan
corrientes en dirección radial o
tangencial se llaman impulsores
de flujo radial
TANQUES AGITADOS IMPULSORES
(AGITADORES)
Los tres principales tipos de
impulsores para líquidos de
baja a moderada viscosidad
son las hélices, turbinas e
impulsores de alta eficiencia
Para líquidos muy viscosos, los
impulsores más adecuados son
los de hélice y agitadores de
anclaje

49. AGITADORES PARA LÍQUIDOS
ALTAMENTE VISCOSOS
Los sistemas agitadores de
turbina bien diseñados son
recomendables para líquidos que
presenten viscosidades de hasta
50 Pa · s Sin embargo, para
viscosidades superiores a 20 Pa ·
s, el agitador de cinta helicoidal
representado en la figura a) es
mucho más efectivo Las cintas
helicoidales se han utilizado con
éxito con viscosidades de hasta
25 000 Pa · s

50. Patrones de
flujo
Prevención del
vórtice
Cuando el eje es vertical y se
localiza al centro del tanque,
el componente tangencial es
generalmente desventajoso
para la mezcla
El flujo circulatorio y el vórtice pueden
prevenirse por los siguientes métodos
En tanques de pequeño tamaño, se
dispone
el impulsor separado del centro del
tanque En tanques de mayor tamaño, el
agitador se instala en un lado del
tanque, con el eje en un plano
horizontal, pero formando un cierto
ángulo con el radio

51. Consumo de potencia
Número de Reynolds Re;
A bajos números de Reynolds (Re < 10), el flujo
laminar prevalece en el tanque, y a Re > 104 el
flujo es turbulento en todas partes
Considerando las dos ecuaciones y teniendo en cuenta la
geometría del impulsor se determina el de número de
potencia Np

53. Cálculo del consumo de potencia (energía).
La potencia comunicada al líquido
se calcula aplicando la ecuación.
según una relación específica para
Np. Arreglando la ecuación se
obtiene
Para números de Reynolds bajos, las líneas de
Np contra Re coinciden para un tanque con o
sin placas deflectoras, y la pendiente de la línea
en coordenadas logarítmicas es –1. Por lo tanto,
En tanques con placas deflectoras, para
números de Reynolds superiores a
aproximadamente 10 000, el número de
potencia es independiente del número de
Reynolds y la viscosidad ya no
influye. En este intervalo, el flujo es totalmente
turbulento y la ecuación queda expresada
como: