Se trata de una descripción precisa y concreta de las operaciones unitarias componentes de un proceso industrial

1. OPERACIONES
UNITARIAS
Escuela Profesional de Ingeniería Industrial

2. OPERACIONES UNITARIAS
 Los procesos industriales constan de una serie de
operaciones físicas y químicas que, en algunos casos
son específicas del proceso considerado, pero en
otros, son operaciones comunes a los mismos. En un
proceso suceden reacciones químicas llevadas a cabo
en reactores, las mismas que están unidas a una serie
de operaciones físicas anticipadas y posteriores a la
reacción, que en algunos casos son específicas del
proceso considerado, pero que en otros, son
operaciones comunes e iguales a dichos procesos.

3.  En las industrias de procesos químicos y físicos, así
como en las de procesos biológicos y de alimentos,
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. Estas operaciones
unitarias son comunes a todos los tipos de industrias
de proceso.

4. Proceso y Operación Unitaria
 Proceso: Conjunto o secuencia de operaciones
unitarias que modifican una materia prima para
transformarla en un producto comercial.
 Operación unitaria: Etapa de un proceso, donde se
modifican las condiciones de la materia prima
incorporada. Esta modificación puede ser en su masa,
en la calidad de energía que posee o en las
condiciones de su movimiento o transporte.

5. Clasificación de las operaciones
unitarias
 De acuerdo con el criterio: de cuál es la
transferencia más relevante, las operaciones
unitarias se clasifican en:
 • operaciones de transferencia de materia
 • operaciones de transmisión de energía
 • operaciones de transmisión simultánea de
materia y energía
 • operaciones de transporte de cantidad de
movimiento

6. Operaciones de Transferencia de
Materia
 Absorción / Desabsorción
 Destilación
 Extracción líquido - líquido
 Extracción sólido - líquido
 Adsorción / Desadsorción
 Intercambio Iónico

7. Operaciones de Transferencia de
Calor
 Evaporación
 Condensación
 Refrigeración
 Congelación
 Pasteurización
 NOTA : En la mayor parte de ellas se utilizan
intercambiadores de calor

8. Operaciones de Transferencia
Simultánea de Calor y Materia
 Acondicionamiento de aire
 Humidificación
 Secado
 Liofilización
 Cristalización

9. Operaciones de Transporte de
Cantidad de Movimiento
 Flujo de Fluidos
 Transporte hidráulico
 Transporte neumático
 Sedimentación
 Filtración
 Agitación y Mezcla

10. TRANSPORTE DE FLUIDOS
 Los fluidos son medios factibles para el transporte
de energía térmica y mecánica, ya que estas formas
de energía son susceptibles de almacenarse en los
mismos. Para que un fluido acumule energía térmica
basta calentarlo y aislarlo térmicamente del exterior;
para que acumule energía mecánica (elástica) es
suficiente mantener elevada la presión del mismo.
 Es necesario organizar y mantener el movimiento del
fluido a lo largo del circuito de conducción.

14. Clasificación de las Operaciones Básicas
ESQUEMA DE UN SEDIMENTADOR
LODOS
ALIMENTO
LIQUIDO
CLARIFICADO
SEDIMENTACIÓN

15. TRANSFERENCIA DE CALOR
 Es una ciencia básica que trata de la rapidez de
transferencia de energía térmica. Tiene una
amplia área de aplicación que va desde la
fabricación de aparatos domésticos comunes:
horno microondas, hasta el diseño de
intercambiadores de calor industriales,
columnas de destilación, evaporadores y
optimización de procesos industriales.

16. Tema 3 Clasificación de las Operaciones Básicas
CAMBIADOR DE CALOR CARCASA-TUBOS

17. EVAPORACIÓN
 La evaporación de salmueras en la
industria química es similar a la
evaporación de soluciones de azúcar en
la industria alimenticia. La
sedimentación de sólidos en suspensión
en las plantas de tratamiento de aguas
como en minería, es una operación
similar.

18. Tema 3 Clasificación de las Operaciones Básicas
ESQUEMA DE UN EVAPORADOR
Vapor de disolvente
Disolución concentrada
ALIMENTO
CALOR
Vapor
de agua
Condensado

20. TRANSFERENCIA DE MASA
DESTILACIÓN
 Por ejemplo, la operación unitaria
conocida como destilación se usa
para purificar o separar alcohol en
la industria de las bebidas y también
para separar los hidrocarburos en la
industria del petróleo.

22. Tema 3 Clasificación de las Operaciones Básicas
TIPOS DE DESTILACIÓN
Vapor
Q
Destilación
simple
discontinua
Destilación
simple
continua
Rectificación
Vapor
Q
Alimento L

24. ABSORCION
 Es una operación unitaria ampliamente
utilizada en la industria química para la
purificación de corrientes gaseosas. En la
absorción, uno o varios de los gases presentes
en una corriente gaseosa se disuelven en un
líquido llamado absorbente. En la operación
inversa, un gas disuelto en un líquido se
remueve de éste poniendo la corriente en
contacto con un gas inerte. Esta operación se
llama desorción.

25. COLUMNA DE ABSORCION

26. ESQUEMA DE UN PROCESO
CON ABSORCION

27. ADSORCION
 Es una operación de transferencia de masa.
Comprende el contacto de líquidos o gases con
sólidos donde hay una separación de
componentes de una mezcla líquida o gaseosa
por adherencia a la superficie del sólido. Es
decir, se explota la capacidad especial de
ciertos sólidos para hacer que sustancias
específicas de una solución se concentren en
su superficie.
.

28. EQUIPOS EMPLEADOS
ADSORCION
 Los equipos empleados en operaciones
continuas son las torres empacadas o con
lecho fijo, en donde ocurre el contacto de la
mezcla de líquidos con el adsorbente en el
lecho, a través de mallas que impiden el paso
de partículas del sólido adsorbente

29. CLASIFICACION DE
EQUIPOS ADSORCION
 Los equipos más empleados son torres
cilíndricas, que pueden ser:
 de relleno o empacadas
 de etapas
 Las torres de relleno son columnas
cilíndricas verticales, las cuales están rellenas
con pequeñas piezas llamadas empaque. Estas
piezas sirven para aumentar el área de contacto
entre la fase gaseosa y la líquida, lo cual
facilita la absorción.

31. Operaciones de Transferencia
Simultánea de Calor y Materia

32. (
Clasificación de las Operaciones Básicas
PROCESO DE HUMIDIFICACIÓN-ENFRIAMIENTO
calor
agua
Aire seco
Aire húmedo Agua caliente
Agua fría

33. Operaciones de Reacción
Química

34. Clasificación de las Operaciones Básicas
OPERACIONES UNITARIAS QUÍMICAS: REACTORES
T, C T2= T
C2= C
T1,, C1
Reactor de mezcla perfecta o completa

35. Operaciones Complementaarias

36. Clasificación de las Operaciones Básicas
OPERACIONES COMPLEMENTARIAS
Sistema de rodillosMolino de bolas Tamizadora
Silos y tolvas para almacenamiento Fábrica de cemento

37.  Diagrama de bloques
 Diagrama de flujos
 Corrientes de un Proceso
Descripción y Representación

38.  Diagrama de bloques: Esquema simplificado del
proceso donde se representan las principales etapas

39. • Diagrama de flujo: Representación esquemática del
proceso, donde se ilustran sus características esenciales
 Secuencia en que ocurren las operaciones unitarias.
 Equipos utilizados para realizar cada operación.
 Flujos de materia y energía

40. Diagrama de Flujo Constructivo del
metodo de contacto para la
obtencion de ácido Sulfurico

41. Corrientes de un Proceso
 Flujos de materia que ingresan (alimentación) o salen
(producto) de una operación unitaria o equipo
 Formadas por varias sustancias o compuestos
químicos
 Formadas por más de una fase (ej. Líquido con
sólidos en suspensión )
 Una corriente se caracteriza por su composición, su
presión y su temperatura

42. Fracción másica o fracción molar
 Fracción másica de A = Masa de A/Masa total
 Fracción molar de A = Moles de A/Moles totales
Las fracciones siempre suman 1
Fracción másica ≠ Fracción molar
 ppm (parte por millón) = Fracción x 106
Razón de composición
 Razón másica = Masa de A/Masa de B
 Razón molar = Moles de A/Moles de B
Composición de una corriente

45. Diagrama de Flujo de la Elaboración de
Conservas y Congelados Vegetales
VER ........

47. DIAGRAMA DE FLUJO

48. TAREA
 Considere un proceso industrial. Elabore su
Diagrama de Flujo utilizando la simbología
adecuada respectiva y coloque la información
técnica pertinente en cada etapa.
 De acuerdo al tipo de transferencia prevaleciente
clasifique cada una de las etapas del proceso
industrial elegido.

49. Sistemas de unidades
Análisis dimensional

50. Medición
 Su expresión es precisa, sin ambigüedades. Por ejemplo, es
más claro decir que el plomo tiene una densidad de
11,34g/cm3, que decir que el plomo es denso
 Para poder medir deben cumplirse las siguientes condiciones:
1. Tener una definición precisa (qué es longitud en el caso de
una varilla)
2. Tener un estándar (el metro, pié)
3. Un medio de comparación (colocar, el metro sobre la
varilla y ver cuantas veces es mayor una de la otra)

51. Magnitud y unidad
Dimensión o Magnitud medible
Una propiedad física, como masa o fuerza, longitud,
tiempo, temperatura o una combinación de ellas
considerada como una medida fundamental de una
cantidad. Puede ser básica, suplementaria o derivada.
Unidad
Una cantidad definida y precisa de una determinada
magnitud C.

52. Estándar
No todas las propiedades se pueden expresar en forma
cuantitativa. Por ejemplo el olor y sabor. De las propiedades que
se han reducido a medida unas pocas han llegado a considerarse
básicas, ellas son:
 Masa (m): cantidad de materia
 Longitud (L): menor 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

53. Dimensiones y Sistemas de unidades
 Sistema Internacional (SI)
MKS (metro, kilogramo, segundo, ºC)
cgs (centimetro, gramo, segundo, ºC)
 Sistema Inglés
pls (pie, libra, segundo, ºF)

54. Unidades básicas del Sistema Internacional
Propiedad física Nombre de la
unidad
Símbolo
Longitud Metro m
Masa Kilogramo kg
Tiempo Segundo s
Corriente eléctrica Amperio A
Temperatura Kelvin K
Intensidad luminosa Candela cd
Cantidad de sustancia Mol mol

55. Propiedad física Nombre de la
unidad
Símbolo
Área Metro cuadrado m2
Volumen Metro cúbico m3
Densidad Kg por metro cúbico kg/m3.
Fuerza Newton N (kg.m/s2)
Presión Pascal Pa (N.m-2)
Energía Julio (N m) J (kg m2 s-2)
Carga eléctrica Coulombio C (A.s)
Potencia Watts J s-1
Resistencia Ohmio  (V.A-1)
Unidades derivadas

56. Los sistemas métrico y SI son sistemas decimales, en los que se utilizan
prefijos para indicar fracciones y múltiplos de diez.
Prefijo Símbolo Significado Ejemplo
Tera T 1012 1 terametro(TM)=1x1012m
Giga G 109 1 gigametro(Gm)=1x109m
Mega M 106 1megametro(Mm)= 1x106m.
Kilo K 103 1kilómetro(Km) = 1x103m.
deci d 10-1 1decímetro(dm) = 1x10-1m
centi c 10-2 1centímetro(cm)= 1x10-2m
mili m 10-3 1milímetro(mm) = 1x10-3m.
micro m 10-6 1micrómetro(mm) =1x10-6m
nano n 10-9 1nanómetro(nm) = 1x10-9m
pico p 10-12 1picómetro(pm) = 1x10-12m

57. El sistema cgs
 1g masa(g)= 1 x 10-3 kg masa (kg)
 1 cm= 1 x 10-2 m
 1 dina = 1 g cm/s2
 1 erg = 1 dina cm = 1 x 10-7 joule (J)
 g = 980.665 cm/s2

58. El sistema inglés (pls)
 1lb masa(lbm)= 0,45359 kg
 1 pie = 0,30480 m
 1 lbf = 4,4482 newtons (N)
 1 pie lbf = 1,35582 newton m = 1 ,35582 joules (J)
 g = 32,174 pie/s2
 1 lb/pulg2 abs = 6,89476 x 103 N/m2

59. Método de las equivalencias
Método de las igualdades
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
Número de unidades en un sistema en función del número de unidades en
otro.
sft
lb
ft
m
Kg
lb
sm
Kg
sm
kg
68,0
1
3048,0
4536,0
1
11 
sftn
lbn
smn
kgn
º3048,0
º4536,0
º
º



Métodos de Conversión de unidades

60. Celsius
100°’C
0°’C
-273°’C
Fahrenheit
212°’F
32°’F
- 459°’F
Kelvin
373k
273k
0.0 k
Conversión de unidades de Temperatura

61. Consistencia dimensional
Al sustituir las variables de una ecuación por las dimensiones que
correspondan, ambos términos de la ecuación tendrán las mismas dimensiones.
 Ecuaciones dimensionales
 Ecuaciones adimensionales
Ecuaciones dimensionales homogéneas: proceden de leyes físicas.
 Las constantes son adimensionales
 Los términos tienen las mismas dimensiones
 Dividir por uno de los términos elimina las dimensiones y crea grupos
adimensionales
Ecuaciones dimensionales heterogéneas: suelen proceder de estudios
experimentales.
 Las constantes tienen dimensiones.
 Se formulan en un sistema de unidades concreto.

62. Ejemplo
2
2
1
atx 
Determinar las dimensiones de cada una de las variables:
[x] = L,
[a] = L/T2=LT-2,
[t] = T2
Igualar las dimensiones de cada variable: [x] =[a][t]2
Sustituir las dimensiones de cada variable:
L = (LT-2)(T)2
Operar algebraicamente con las dimensiones (agrupar las
dimensiones iguales y aplicar propiedades de potencias):
L = L (T-2) * (T)2 = L T (-2+2) = LT0 = L

63. La descarga por un tubo capilar horizontal se piensa que
depende de la caída de presión por unidad de longitud, el
diámetro y la viscosidad. Encuentre la forma de la ecuación.
Descarga Q L³Tֿ¹
Caída de presión por unidad de
longitud
Δp/l MLֿ²Tֿ²
Diámetro D L
Viscosidad µ MLֿ¹Tֿ¹

64. 0,,, 




 
mD
l
p
QF m1
1
1 z
y
x
D
l
p
Q 




 

000112213 111
)()( TLMTMLLTMLTL zyx
 
0123 111  zyx
011 y
012 11  yx
L:
M:
T:
11 x
11 y
41 z
,
,
lpD
Q
/4


m
m
4
D
l
p
CQ



65. El calor específico de una sustancia viene dado por la
ecuación c=a+bt2 , donde a y b son constantes y t es la
temperatura en grados centígrados. El calor necesario
para aumentar la temperatura de una masa m de la
sustancia desde 0ºC hasta TºC es:
c = a+b*t2
Q = m*c*ΔT
Datos: )
3
(
3
bT
aTm a)
)2
( bTam b)
mbT2c)