2.- Operaciones Unitarias

PRÁCTICA # 2 “OPERACIONES UNITARIAS” OBJETIVO 

Conocer las fases farmacéuticas de una pomada

INTRODUCCIÓN Operaciones unitarias 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. Por ejemplo, la producción de pulpa o el descortezado en una fábrica de papel, o la destilación en un proceso de elaboración de productos químicos. Sería prácticamente imposible estudiar el número casi infinito de procesos químicos que se Ilevan a cabo en la 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 considerado, pero en otros, son operaciones comunes e iguales para varios procesos. Generalmente un proceso puede descomponerse en la siguiente secuencia: 1.- Materias Primas 2.- Operaciones físicas de acondicionamiento 3.- Reacciones químicas 4.- Operaciones físicas de separación 5.- Productos Cada una de estas operaciones es una operación unitaria. Este concepto fue introducido en 1915 por el profesor Little, del Massachussets Institute of. Technology (M.I.T). La definición dada entonces, fue la siguiente: "... todo proceso químico conducido en cualquier escala puede descomponerse en una serie ordenada de lo que pudieran Ilamarse OPERACIONES UNITARIAS, como pulverización, secado, cristalización, filtración, evaporación, destilación... El número de estas operaciones básicas no es muy grande, y generalmente sólo unas cuantas de ellas intervienen en un proceso determinado." Tienen como objetivo modificar las condiciones de una determinada unidad de masa para conseguir una finalidad. Esta modificación se puede conseguir: -

Modificando su masa o composición. Modificando su nivel o cantidad de energía. Modificando las condiciones de movimiento: velocidad.

El estado de un cuerpo está absolutamente definido cuando están especificadas la cantidad de materia y composición, cuando conocemos su energía y cuando conocemos las componentes de la velocidad con las que dicho cuerpo está en movimiento. De este modo para la clasificación de las operaciones unitarias se atiende a la propiedad que predomina en una transformación. En base a ello la clasificación se hace en dos grandes grupos: - Operaciones unitarias físicas. - Operaciones unitarias químicas. Operaciones unitarias físicas - De transferencia de materia. - De transferencia de energía. - De transferencia simultánea de materia y energía. - De transferencia de cantidad de movimiento. - Complementarias. En todas las operaciones unitarias hay en común el concepto de fuerza impulsora. La cantidad de la propiedad transferida por unidad de tiempo y superficie es igual a la fuerza impulsora partido de la resistencia. Vamos a estudiar la fuerza impulsora para los tres tipos de propiedades.

Materia: la fuerza impulsora es igual a las diferencias de concentraciones, presiones... en el seno del fluido que estemos estudiando. Energía: la fuerza impulsora se da cuando existe una diferencia de temperaturas en el seno de la masa. Cantidad de movimiento: la fuerza impulsora es la diferencia de velocidades que existe entre dos zonas del fluido. Operaciones unitarias químicas Tiene por objetivo distribuir de una forma distinta los átomos de una molécula para dar otra, es decir, el paso de los reactivos a los productos. Se da en los reactores químicos; para el diseño de estos se deben estudiar estas características: - Asegurarnos de que el modo de fluir de los reactivos sea total, para conseguir la mezcla deseada. - Proporcionar el tiempo de contacto necesario entre las sustancias y el catalizador (si lo hay) hasta lograr la extensión deseada de la reacción. - Permitir que se adquieran las condiciones de presión, temperatura y composición de modo que la reacción tenga lugar en el modo y la velocidad deseados, para lo cual hay que atender a los aspectos termodinámicos y cinéticos de la reacción. La fuerza impulsora hay que considerarla en relación al aspecto termodinámico (lo que nos indica el avance de la reacción es G<0). En relación con el aspecto cinético, la velocidad de la reacción química depende de la temperatura y de las concentraciones de los reactivos. Manipulación de sólidos: Las características de manipulación de los sólidos son relevantes en muchísimos procesos industriales, especialmente en los que intervienen: Polvos Pellets Cristales Agregados Manipulaciones más comunes: Tamizado Estibamiento Mezcla a doble cono Pesado Separación ciclónica Molienda a bolas Tamizado Tamizar es separar una materia granulosa según el tamaño del grano para lo cual una superficie perforada (tamiz, trama con luz definida) permite el paso de los componentes finos y se lo impide a los más bastos. Al tamizar se obtiene una separación del material en tamizado y residuo. Pueden obtenerse diferentes fracciones delimitadas por el tamaño de partícula. Pueden definirse también el tamizado como la clasificación en diferentes fracciones de tamaño de partícula con ayuda de tamices. Los tamices tienen una malla cuadrada y en la mayor parte de los casos son metálicos. En el tamizado suele descuidarse el considerar la importancia de la forma de las partículas. La sustancia o mezcla posee después de haber pasado completamente un tamiz de la malla precisa, un grado de trituración determinado. Este grado se designara según la luz de la malla del tamiz. Mezclado El mezclado es una de las operaciones unitarias de la ingeniería química más difíciles de someter a un análisis científico. Hasta el presente no se ha desarrollado ninguna fórmula o ecuación aplicable al cálculo de grado del realización al que se verifica la mezcla, o la velocidad con que se realiza, en determinadas condiciones. Se dice a veces que solo el consumo de energía eléctrica de un mezclador proporciona una medida real del grado en que se ha completado una mezcla, porque se necesita una cantidad definida de trabajo para mezclar las partículas del material dentro del recipiente que lo contiene. Con todo, esto nunca es verdad en la práctica, debido a las interferencias imposibles de evaluar, tales como corrientes transversales, corrientes parásitas, que se establecen, (incluso en las mezcla de plásticos y sólidos) dentro del recipiente.

Mezclado de sólidos La operación de mezclado de sólidos es la tecnología farmacéutica de unión de componentes sólido con sólido y tiene como objetivo el lograr la distribución más regular posible de los componentes en la totalidad de la masa de un fármaco, sin que estas materias primas cambien sus propiedades, físicas o químicas La operación de mezclado puede definirse, por un lado, como un evento que tiende a producir una distribución al azar de partículas diferentes, se presupone un movimiento individual e independiente de las partículas en el Mezclador, que tiene por resultado un estado de máximo desorden de la distribución de cada materia prima. Por otro lado, se puede definir también como un sistema ordenado en la cual las partículas se acomodan de acuerdo a la regla interactiva, de tal manera que presentan un patrón o unidad repetitiva (mezcla ordenada). A diferencia de cuando se mezclan gases o líquidos, donde el movimiento molecular promueve la mezcla, en el mezclado de sólidos se observan dificultades generadas por las diferencias en las características físicas de los mismos. Mezclado de sólidos por: • Plásticos convencionales. Sucesivas etapas: 1. Mezcladoras rápidas (high speed fluidizing mixers). Importancia de la densidad aparente del producto para las etapas posteriores. Calentamiento por esfuerzo de cizalla. Control de la temperatura con agitación lenta. A veces, se controla empleando una primera agitadora rápida seguida de una lenta de enfriamiento. Eliminación de humedad al elevarse la temperatura Caso del PVC: a 120ºC fusión de partículas más pequeñas que solidifican con las grandes. Si la mezcla va a usarse inmediatamente, pasa por un silo homogeneizador y después pasa a las máquinas de conformado. Si no, 2. Extrusora. Se obtiene un producto lineal. 3. Cortadora para la obtención de granza. Puede ser mecánica o de chorro de agua a alta presión, en aire o sumergida. • Plásticos reforzados con fibras de vidrio: 1. Malaxadora o mezcladora rápida. 2. Silo de desgasado 3. Extrusora. En la tolva se adiciona la fibra. 4. Cortadora. Pomada

Se aplican , ya sea con fines terapéuticos o cosméticos, numerosas formulaciones de diversa naturaleza fisicoquímica. Hidrófobas (lipófilas) no pueden absorber más de una pequeña cantidad de agua. Las sustancias que se emplean con más frecuencia en su formulación son la vaselina, la parafina, la parafina líquida, los aceites vegetales, las grasas animales, los gliceridos sintéticos, las ceras y los polialquilsiloxanos líquidos. Absorbentes de agua pueden absorber grandes cantidades de este líquido. Sus excipientes son los de las pomadas hidrófobas a las cuales se les incorpora emulgentes de tipo W/O, como la lanolina, los alcoholes de grasa de lana, los esters de sorbitano, los monoglicéridos y los alcoholes grasos. Hidrófilas se elaboran con excipientes miscibles en agua, tales como los polietilenglicoles líquidos y sólidos (macrogoles). Pueden contener cantidades adecuadas de agua Fases farmacéuticas de una pomada

Constan de un excipiente de una sola fase en la que se pueden dispersar sólidos o líquidos. MATERIAL 4 vasos de precipitados (250ml) Tamiz No 8 y 20 Charola de metal Cofia Cubre bocas Guantes para cirujano Espátula Agitador de vidrio Vidrio de reloj Papel encerado Papel aluminio Recipiente para baño maría

REACTIVOS Óxido de zinc Almidón Lanolina Vaselina Cold cream Cápsulas de vitamina A, E y sábila Metilparabeno Extracto de limón Esencia EQUIPO Parrilla eléctrica Balanza granataria PROCEDIMIENTO A)

POMADA FARMACÉUTICA (pomada para quemaduras)      

Pesar y mezclar los sólidos (20g de ZnO y 20g de almidón) Tamizar Calentar a baño maría los semisólidos ( 30g de lanolina y 30g de vaselina) Mezclar Agregar los sólidos a la mezcla de semisólidos poco a poco hasta conseguir homogeneidad. Dejar secar para que obtenga la consistencia de pomada

Diagrama de flujo Mezclar sólidos:

Mezclar líquidos:

20gr. Oxido de zinc + 20gr. Harina de trigo

30gr. Lanolina + 30gr. Vaselina

Tamizar Mezclar todo uniformemente en caliente

Solidifica y guardar

Pomada

B)

CREMA COSMECÉUTICA (crema para las arrugas)  

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Calentar a baño maría la lanolina (25g) Agregar al extracto de limón (20ml) las sustancias: Metilparabeno (3g) Lanolina Cápsulas de vitamina A, E y sábila (5 cápsulas) Esencia ( 7ml) Agregar la mezcla al cold cream (140g) Mezclar hasta homogenizar

Baño maría

Diagrama de flujo Mezclar: Vitamina A y E y sábila + Metilparabeno + Lanolina (liquido) + Extracto limón Homogenizar

Cold cream

Mezclar agitando

Crema

RESULTADOS a) POMADA FARMACÉUTICA (pomada para quemaduras) Sujeto 1 Sujeto 2 Día 1 Sintió que le refresco la Le quito el enrojecimiento quemada Día 2 Se le quito el enrojecimiento Se sintió igual Día 3 Ya no sintió ninguna molestia Le quito completamente las molestias

b) CREMA COSMECÉUTICA (crema para las arrugas) Día 1 Día 2 Día 3 Día 4

Sujeto 1

Sujeto 2

Sujeto 3

Sujeto 4

Sensación de suavidad

Comezón en la piel

Sensación de suavidad

Comezón en la piel

Aclarado de piel

Sensación de suavidad Sensación de suavidad Piel más clara

Aclarado de piel

Sensación de suavidad

Sensación de suavidad

Piel más clara

Piel ligeramente más lisa

Sensación de suavidad

Sensación de suavidad Piel ligeramente más lisa

DISCUSIÓN DE RESULTADOS a) POMADA FARMACÉUTICA (pomada para quemaduras) Para la realización de esta formulación farmacéutica, se utilizó como principio activo al óxido de zinc y como excipiente el almidón (el cual refuerza la acción del ZnO) y la función de ambos es la de recubrir. La lanolina y la vaselina sirvieron de vehículos, los cuales en este caso sirvieron para hacer más espesa la pomada y así darle su textura.  Se usaron solamente 2 sujetos de prueba ya que solo se encontraron estos con quemaduras de algún grado, en los cuales se pudo utilizar la formulación.  Se puede observar que al 100% de los pacientes se les quito el enrojecimiento provocado por la quemadura, el 50% sintió frescura en el área de lesión y al 100% de los pacientes se les quitaron las molestias. Estos datos indican que la formulación cumplió con su propósito farmacéutico, alo eliminar las molestias que provoca una quemadura. 

b) CREMA COSMECÉUTICA (crema para las arrugas) Para esta formulación cosmecéutica, se utilizaron como principios activos metilparabeno (para dar suavidad a la crema ya que las células se abren), extracto de limón (para blanquear y suavizar la piel) y vitaminas A y E con sábila (que sirven como antioxidantes); se utilizaron como vehículos al cold cream y la lanolina.  Cuatro sujetos fueron los que probaron la formulación, observándose así que el 100% de los pacientes obtuvieron la sensación de suavidad, el 50% de los pacientes experimento un aclarado en la piel, el 50% de los pacientes obtuvo un alisamiento en la piel y el 50% de los pacientes experimentaron sensación de comezón, posiblemente debido a que los principios activos estaban actuando sobre la piel ya que no se observaron después más molestias al respecto. Con estos datos se puede decir que la crema elaborada tiene efectos suavizantes, en algunos casos de aclarado en piel y disminución de plegamientos en la piel, lo que depende del tipo de piel en cada persona. 

℘ En el caso de ambas formulaciones las operaciones unitarias que Operaciones unitarias que tienen como objetivo modificar las condiciones de una determinada unidad de masa para conseguir una finalidad, tienen que ver en esta práctica debido a que en este caso se modificaron los componentes de la formulación para crear una mezcla que nos proporcionara las características necesarias para nuestro producto final, ya fuera, por ejemplo, modificando los excipientes para obtener una mejora de la formulación en cuanto a consistencia, o reforzando los principios activos con otras sustancias para dar un mejor resultado. ℘ También se puede observar como al modificar su nivel o calidad de energía, por ejemplo, al enfriar la mezcla, se obtuvo una mejor consistencia para los fines de cada formulación. Se aplicaron también como operaciones unitarias el tamizado y mezclado de solidos, igualmente para brindar una mejor calidad y formulación de los productos. CONCLUSIONES Las operaciones unitarias son el área del proceso donde se incorpora toda la materia necesaria para una función determinada que es su finalidad, todo esto con una cierta secuencia. En esta ocasión nuestra operación unitaria fue el mezclado de sólidos obteniendo un máximo desorden de la distribución de cada materia prima. Aquí se combinan las diferentes propiedades químicas de cada “ingrediente” utilizado para poder obtener la consistencia (textura) que deseamos. Al realizar la pomada se observó que se forman varias fases farmacéuticas las cuales al final se llevaron a una sola fase uniforme. En las observaciones realizadas en los sujetos que se aplicaron la pomada se concluye que el 100% de estos obtuvieron los resultados deseados. Así como en la crema fue el 80% aproximadamente de los resultados óptimos. REFERENCIAS

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Tecnología Farmacéutica; Alfred Därr, Leipzing, et al.; 4a edición; Editorial Acribia zaragoza (España), 1981 pp. 7, 183-186 http://www.fisicanet.com.ar/quimica/industrial/ap08_operaciones_unitarias.php http://sabanet.unisabana.edu.co/ingenieria/especializacion/ambiental/material/cicloI/8operaciones/quimicas/Operaci onesuq.doc http://www.monografias.com/trabajos15/mezclado/mezclado.shtml http://groups.msn.com/EMSADMEZCLADEPOLVOS/tema12.msnw http://www.mater.upm.es/polimeros/Documentos/Cap6_0Intro_1Mezclado.pdf