1. UNIDAD I CONTENIDO TEMÁTICO.pptx

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE GUTIÉRREZ ZAMORA
ING en Agrobiotecnología
Objetivo: El alumno resolverá problemas de balance de materia y
energía de bioproductos para establecer las variables del proceso
agrobiotecnológico.
UNIDAD I FUNDAMENTOS DE OPERACIONES UNITARIAS

INTRODUCCIÓN
Seria prácticamente imposible estudiar el numero casi infinito de
procesos químicos y físicos que se llevan a cabo en una industria
diariamente, si no hubiera un punto en común a todos ellos.
Afortunadamente, esta conexión existe. Cualquier proceso que se
pueda diseñar consta de una serie de operaciones físicas y químicas
que, en algunos casos son específicas del proceso a considerar, pero
en otros, son operaciones comunes e iguales para varios procesos.
Generalmente un proceso puede descomponerse en la siguiente
secuencia.
Materia primas
Reacciones
Químicas
Productos
Operaciones físicas
de
acondicionamiento
Operaciones
físicas de
separación

TEMA I CONCEPTOS GENERALES DE OPERACIONES
UNITARIAS
Operación unitaria:
Una operación unitaria puede definirse como un área del 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.
Es todo proceso conducido en cualquier escala que puede
descomponerse en una serie ordenada de lo que pudieran llamarse
OPERACIONES UNITARIAS, como pulverización, secado,
cristalización, filtración, evaporación, destilación

Las bioseparaciones generalmente comprenden varias operaciones
que se agrupan de acuerdo con un esquema típico en operaciones
de: recuperación (remoción de sólidos y ruptura celular),
concentración, purificación y acabado.

Materia primas Reacciones Químicas Productos

CLASIFICACIÓN DE LA OPERACIONES UNITARIAS
Cada operación unitaria tiene una fuerza impulsadora, un gradiente en
alguna propiedad, que da cuenta del mecanismo principal de
transferencia:

• Se refiere a la que se presenta en los materiales en movimiento,
como en operaciones unitarias de flujo de fluidos, sedimentación
y mezclado.
Transferencia de movimiento
• En este proceso fundamental se considera la transferencia de
calor de un lugar a otro; se presenta en las operaciones
unitarias de transferencia de calor, secado, evaporación,
destilación y otras.
Transferencia de calor
• 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 líquidas. Este proceso incluye
destilación, absorción, extracción líquido-líquido y lixiviación.
Transferencia de masa

Procesos de separación físico-
mecánicos
• Molienda,
• Trituración
• Pulverización
• Precipitación
• Decantación
• Sedimentación
• Centrifugación
• Filtración
• Membranas (microfiltración,
ultrafiltración, nanofiltración y
osmosis inversa),
Separación Sólido-Fluido y
Líquido-Líquido
• Cristalización
• Lixiviación
• Secado
• Separación líquido-líquido.

PROCESOS DE
SEPARACIÓN
FÍSICO-MECÁNICOS
TRATAMIENTO DE MUESTRAS:
MOLIENDA, TRITURACIÓN,
PULVERIZACIÓN, PRECIPITACIÓN,
DECANTACIÓN, SEDIMENTACIÓN,
CENTRIFUGACIÓN, FILTRACIÓN

PROCESOS DE
SEPARACIÓN SÓLIDO-
FLUIDO Y LÍQUIDO-LÍQUIDO
SEPARACIÓN SÓLIDO-LÍQUIDO
POR CRISTALIZACIÓN,
LIXIVIACIÓN Y SECADO
SEPARACIÓN LÍQUIDO-LÍQUIDO

VARIABLES DE UN BIOPROCESO

EQUIVALENCIAS

Sistema Internacional: las unidades de masa, longitud y
tiempo son kilogramo (kg), metro (m) y segundo (s).
Sistema ingles: libra-masa (lbm), pie (ft) y segundo (s).

PROBLEMAS
RESUELTOS

TEMA II BALANCE DE MATERIA Y ENERGÍA
Los balances de materia no son más que la aplicación de
la ley de conservación de la masa: “La materia no se crea
ni se destruye”. Lo que este enunciado significa en la
práctica y cómo puede aprovecharse el concepto para
resolver problemas con diversos grados de complejidad
requiere una explicación bastante extensa.
Para efectuar un balance de materia de un proceso,
primero hay que especificar en qué consiste el sistema
para el cual se hará el balance y establecer sus fronteras.

CONCEPTOS PRINCIPALES
Proceso: Es una serie de acciones, operaciones o tratamientos que
producen un resultado [producto].
Sistema: Es cualquier porción arbitraria o la totalidad de un proceso
establecida específicamente para su análisis.
Sistema abierto (o continuo): Es aquel en que se transfiere material por
la frontera del sistema; esto es, entra en el sistema, sale del sistema o
ambas cosas.
Sistema cerrado (o por lotes): Es aquel en el que no tiene lugar una
transferencia semejante durante el intervalo de tiempo de interés.
“Balance de materia no es más que una contabilización de
material”

La figura ilustra un sistema de volumen especificado en el
cual se efectuaran balances de materia. No nos interesan los detalles
internos,
sino sólo el paso de materiales a través de las fronteras del volumen
y el cambio global de materiales dentro del sistema.

En primer lugar, preguntémonos qué es lo que se balancea; es decir,
La qué cosa puede aplicarse la ecuación? Como término genérico, el
balance de materia se puede referir a un balance en un sistema para:
1. La masa total
2. El total de moles
3. La masa de un compuesto químico
4 . La masa de una especie atómica
5 . Los moles de un compuesto químico
6. Los moles de una especie atómica
La mayor parte de los problemas son en estado estacionario. Si no
ocurre acumulación en un problema, y no se consideran los términos
de generación y consumo, el balance de materia se reduce a una
relación muy sencilla para un compuesto o para el total de
materiales, misma que puede expresarse en palabras de forma
sucinta como: “Lo que entra debe salir”.

Es posible realizar balances de materia para una amplia variedad de
materiales, para sistemas de diferentes tamaños y con diversos grados de
complicación. A fin de tener una perspectiva del alcance de los balances
de materia, estos se pueden representar a través de diagramas.

Los diagramas de flujo de proceso incorporan información cuantitativa sobre las
variables del proceso. Las variables del proceso son: moles, masa, composición,
concentración, presión, temperatura, volumen, densidad y velocidad de flujo.
Principales tipos de diagramas de flujo de procesos químicos

Un diagrama de entradas-salidas es el diagrama de flujo de
procesos más simple de todos, y tiene las siguientes
características:
• Un solo bloque representa todas las operaciones físicas y
químicas involucradas en el proceso.
• Las líneas con flechas representan el movimiento de
materiales que entran y salen del proceso.
• Las materias primas entran por la izquierda.
• Los productos salen por la derecha.
• Las velocidades de flujo (o cantidades) de las materias
primas y los productos pueden mostrarse.

Este diagrama de entradas-salidas de la
síntesis del amoniaco

Los diagramas de flujo de bloques representan el próximo paso en
complejidad y detalle. Estos diagramas tienen las siguientes
características:
• Los procesos se representan como un grupo de bloques conectados o
unidades de proceso.
• Cada unidad de proceso representa una función del proceso específica
en la cual los materiales sufren cambios químicos y/o físicos.
• Las líneas con flechas conectan los bloques y representan corrientes
de proceso: entradas (movimiento de material hacia cada unidad de
proceso) y salidas (movimiento de material desde cada unidad).
• Las materias primas entran por la izquierda.
• Los productos salen por la derecha.
• Las cantidades o velocidades de flujo de entradas y salidas pueden
indicarse directamente en el diagrama o en una tabla adjunta.
Hay sólo cuatro tipos de unidades de proceso que se incluyen en un
diagrama deflujo de bloques: mezcladores, reactores, divisores y

Diagrama de flujo de bloques simplificado
para ilustrar la síntesis del amoniaco a
partir de gas natural

Mezcladores. Los mezcladores
combinan dos o más entradas en
una sola salida.
Reactores. Las corrientes de
entrada contienen reactivos. Dentro
de un reactor se pueden realizar
una o más reacciones químicas. Las
corrientes de salida contienen los
productos de la reacción, así como
los reactivos que no se consumen.
En el caso más simple, hay una
corriente de entrada y una de salida.
Divisores. Estos equipos dividen
una sola entrada en dos o más
salidas. Si la entrada es una mezcla
de dos o más componentes,
entonces todas las corrientes de
salida de un divisor tienen la misma
composición que la entrada.
Separadores. Una corriente de
entrada se separa en dos o más
salidas. Las salidas tienen
composiciones diferentes entre ellas
y de la entrada. Los cambios en la
composición se deben a las
operaciones físicas, no a la reacción
química. En el caso más simple, hay
una entrada y dos corrientes de
salida.

DIAGRAMAS DE FLUJO DE PROCESO
Un diagramas de flujo de procesos tiene las siguientes características:
• Los procesos se representan como un grupo conectado de equipos de
proceso.
• Todas las principales piezas de los equipos de proceso se dibujan de
manera representativa.
• Incluyen el equipo que se utiliza para mover material alrededor (por
ejemplo, bombas, compresores, bandas transportadoras) y para calentar o
enfriar material (por ejemplo, intercambiadores de calor, hornos).
• Se muestran los servicios auxiliares principales (vapor, agua de
enfriamiento, etcétera).
• Las líneas con flechas conectan los equipos del proceso y representan
entradas (movimiento de material hacia dentro de cada bloque) y salidas
(movimiento de material hacia fuera de cada bloque).
• Por lo general, las corrientes de gas se encuentran en la parte superior, las
corrientes líquidas en medio y las corrientes sólidas abajo.

Diagrama de flujo de proceso de la síntesis
del amoniaco

 DIAGRAMAS DE PROCESOS
 BALANCE DE MATERIA

ACTIVIDADES

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