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 tipos de evaporadores, entre ellos encontramos:

Es la concentración de una solución que consta de un soluto no volátil y un • soluto volátil; en la mayoría de las • evaporaciones el disolvente es agua. • La evaporación se lleva a cabo vaporizando una parte del disolvente con el fin de obtener una solución 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 inferior hay montados unos tubos conectados con una caja de vapor. La disolución a tratar hierve alrededor de estos tubos, y se procura que el nivel del líquido en el campo del evaporador se mantenga por 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 eficiencia, economía y rendimiento. Alta flexibilidad operativa. Altos coeficientes de transferencias térmicos. Capacidad de trabajar con productos termosensibles o que puedan sufrir deterioro parcial o total de sus propiedades. Limpieza rápida y sencilla (CIP) En estos evaporadores la alimentación es introducida por la parte superior del equipo, la cual ha sido normalmente precalentada a la temperatura

de ebullición del primer efecto, mediante intercambiadores de calor adecuados al producto. Se produce una distribución homogénea 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 de los tubos se produce la evaporación parcial, y el producto que está siendo concentrado, permanece en íntimo contacto con el vapor que se genera. Los dos fluidos, tanto el producto como su vapor, tienen igual sentido de flujo, por lo que la salida de ambos es por la parte inferior de los tubos. En la parte inferior del evaporador se produce la separación de estas dos fases. El concentrado es tomado por bombas y el vapor se envía al condensador (simple efecto), mientras que 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.

•

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 formado. El movimiento de dichos vapores genera una película que se mueve rápidamente 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 asimila al 'efecto sifón', ya que cuando la alimentación se pone en contacto con los tubos calientes, comienza a producirse la evaporación, en

donde el vapor se va generando paulatinamente hasta que el mismo, empieza a ejercer presión hacia los tubos, determinando de esta manera, una película ascendente. Esta presión, también genera una turbulencia en el producto que está siendo concentrado, lo que permite mejor la transferencia térmica, y por ende, la evaporación.

•

Evaporador de circulación forzada

La evaporización por circulación forzada es empleada cuando los productos involucrados en la evaporación tienen propiedades incrustantes, altas viscosidades, precipitaciones, cristalizaciones o ciertas características térmicas que imposibilitan una circulación natural.

Son equipos en donde el producto es calentado a través de un intercambiador de calor (los intercambiadores puede ser horizontales o verticales), luego se envía a un separador, donde la evaporación se lleva a cabo gracias a la presión reinante dentro del mismo, produciéndose de esta forma una evaporación flash y por ende un enfriamiento del producto.

Filtración

Los factores principales a considerar a la hora de

Esta operación consiste en la separación de los sólidos que se encuentran suspendidos en un medio líquido haciendo pasar la suspensión a través de un medio poroso, el cual va a retener las partículas sólidas 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 específica de la torta, la cantidad a filtrar 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 entre cada par de bastidores y una vez llenos, 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.

Existen dos grandes grupos de centrifugas: Centrifugación La centrifugación es la operación por la cual se utiliza la fuerza centrífuga para separar los líquidos de los sólidos. También puede aplicarse para efectuar la separación de líquidos inmiscibles.

•

Centrifuga De Sedimentación

Esta contiene un cilindro o un cono de pared sólida que gira alrededor de un eje horizontal o vertical. Por fuerza centrífuga, una capa anular de líquido de espesor fijo se sostiene contra la pared. A causa de que esta fuerza es bastante grande comparada con la de la gravedad, la superficie del líquido 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

menos densas se levantan hacia dentro. Las partículas pesadas se acumulan sobre la pared y deben retirarse continua y periódicamente. •

Centrífugas De Filtro

Estas operan como el tambor de rotación de una lavadora doméstica. La pared de la 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 sólidos sobre el medio filtrante. La rapidez de filtración se incrementa con esta fuerza y con la permeabilidad de la torta sólida. Algunos sólidos compresibles no se filtran bien en una centrífuga a causa de la deformación que sufren las partículas por la acción de la fuerza centrífuga, por lo que la permeabilidad de la torta se ve reducida considerablemente. La cantidad de líquido que se adhiere a los sólidos después que éstos se han centrifugado depende también de la fuerza 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 asentamiento por gravedad de las

partículas sólidas suspendidas en un líquido. Dependiendo del proceso que se esté llevando a cabo y del producto deseado se generarán sólidos residuales como son los sedimentos o líquidos residuales en el caso que el sedimento sea primordial en el proceso. Cristalización Es la separación de un componente de una solución liquida, transfiriéndolo a las fase sólida en forma de cristales que se precipitan. Reducción de Tamaño Los equipos utilizados para la reducción de tamaño Mediante esta operación los sólidos son: son cortados o partidos en partes más pequeñas transformando el material • Trituradora de rodillos: del estado granular al estado Mediante dos o más rodillos de acero que giran pulverulento. uno hacia otro las partículas son arrastradas y atrapadas sufriendo una fuerza de comprensión que las tritura.

•

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 armadura, que contiene un plato de ruptura 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.

•

Molino de disco de 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 y en el segundo la armadura del molino consta de dos discos estriados giratorios en dirección contraria.

•

Molino gravitatorio: 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 piedras duras. Las bolas resbalan entre sí provocando cizallamiento en la materia prima.

•

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

Tamizado El tamizado es una operación básica en la que una mezcla de partículas sólidas de diferentes tamaños se separa en dos o más fracciones, pasándolas por un tamiz. Cada fracción es más uniforme en 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 residuos como semillas y cáscara, haciendo pasar la fruta una vez adecuada (si es necesario) por aspas que conducen los productos de esta operación hacia un tamiz, realizando este su función.

Existen dos tipos de despulpadoras: •

Despulpadora De disco: está constituido por uno o más discos verticales que giran ligeramente separados de una placa metálica 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.

•

Despulpadora de tambor: Realiza la misma función que una despulpadora de disco. Es

esencialmente un tambor giratorio con 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 mezcla de sustancias por medio químico o físico. Por ejemplo por medio de agitación. La homogeneización es un término que connota un proceso por el que se hace que una mezcla presente las mismas propiedades en toda la sustancia.

Mezcla

Equipo utilizado en la homogenización: •

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 una 1. Mezcladores de Fluidos operación en la cual se efectúa una combinación 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 mediante el rpm de velocidad. flujo. Este flujo es generado comúnmente por medios mecánicos.

 Agitadores de Turbina: Están compuestos por un componente impulsor con más de cuatro hojas montadas sobre un mismo elemento y fijas a un eje rotatorio, en general son más pequeñas que las palas, midiendo entre el 30% y 50% del diámetro del tanque. Alcanzan velocidades de 30 a 500 rpm.

 Agitadores de Hélice: Están hechos con elementos impulsores de hojas cortas (generalmente de menos de ¼ del diámetro del tanque) girando a gran velocidad (500 a varios millares de rpm).

2. Mezcladores de 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 Recipiente Giratorio. En este tipo el recipiente es giratorio, al igual que el accesorio mezclador.

3. Mezcladores de polvo  Mezcladoras de volteo: Operan volteando la masa de los sólidos en un tambor giratorio de forma variada, para mejorar su efectividad se colocan contrapalas o placas de retención o sistemas giratorios internos.

 Mezcladoras de cubeta horizontal: Compuestas por recipientes horizontales semicilíndricos, en los que están localizados uno o más elementos giratorios (similares a cintas).

 Mezcladoras de tornillo vertical: Consiste en un tornillo vertical giratorio situado en un recipiente cilíndrico o cónico. El tornillo puede estar fijo en el centro del depósito o

puede girar o hacer órbitas alrededor del eje central, pasando cerca de las paredes del tanque.

 Mezcladoras de lecho fluidizado: Se basan en aplicar flujos (chorros) de aire a elevada presión para hacer borbotear al lecho.  Mezcladoras de Hoja en "Z": Recipientes 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: destilación, extracción, absorción, adsorción, evaporación, cristalización, humidificación, secado, filtración y centrifugación. 5. Manejo de sólidos:Compresión, molienda, tamizado y fluidización