Operaciones unitarias

OPERACIONES UNITARIAS:
Una operación unitaria es cada una de las operaciones o etapas individuales (físicas o químicas) que tienen una función específica diferenciada, coordinadas permiten llevar a cabo un proceso químico industrial.

Procesos: secuencias para procesar los productos naturales y para fabricar algo, utilizando maquinarias y el trabajo del hombre.
Procesos continuos: procesos en los que continuamente entran y salen materiales. Fabricándose siempre el mismo tipo de producto en las mismas condiciones (T, P y composición). Donde se garantiza una producción y calidad continua y uniforme.
Proceso intermitente: Procesos en los que se mete el material en un equipo, se espera su transformación y luego se vacía.

CAPITULO 2

Variables: en la industria alimentaria se miden con mayor frecuencia el gasto o la cantidad de materia procesada por unidad de tiempo, concentración, presión, temperatura, trabajo realizado, entre otras.
Cantidad de materia procesada:  variable con mayor control, midiendo la cantidad de gasto o de masa por unidad de tiempo que entra o sale de un equipo. (Kg/s)
También se mide la masa procesada con el volumen que pasa por unidad de tiempo o caudal. (m3/s).
Composición: Las sustancias procesadas en la industria nunca son puras, los productos por lo general son mezclas. Se usan diferentes términos para medir su composición como la relación o fracción masa y molar.
Densidad: cantidad de masa por unidad de volumen (concepto de concentración). La densidad varia con la concentración, también es función de la temperatura.
Densidad relativa: relación de la densidad de una sustancia a la densidad del agua (ADIMENSIONAL)
Fuerza: capacidad física para modificar la velocidad de un cuerpo
F=m.a= Newton (MKS Y SI)
Peso: fuerza con la cual la Tierra atrae los cuerpos hacia su centro, tiene la misma unidad que el peso.
Peso específico: es el peso de la unidad de volumen de una sustancia   Pe=F/V= Kg fuerza/m3
Presión: fuerza ejercida perpendicularmente sobre un área P=F/A
Presión de un gas en un recipiente: las moléculas golpean con las paredes ejerciendo una presión
Presión en el seno de un líquido (Presión hidrostática) : es igual a la altura del mismo sobre ese punto multiplicada por el peso específico PH=Pe.h
PRESION ATMOSFERICA: presión que ejerce la superficie sobre la tierra (se miden con barómetros)
PRESION AL VACIO: la presión es menor a la atmosférica (se miden con vacuometros)
PRESION MANOMETRICA: la presión es superior a la atmosférica (se miden con manómetros)
PRESION ABSOLUTA: fuerza total por unidad de área ejercida por un fluido
P abs= P manométrica+ P atmosférica
P abs= P atmosférica - P vacío

Temperatura: medida del nivel energético de una sustancia
Energía: todo aquello capaz de producir un trabajo, siendo el trabajo el producto de la fuerza por una distancia. Unidad SI en julio
La energía se manifiesta:
_Energía potencial: posición que guarda un cuerpo respecto del otro EP=m.g.h
_Energía cinética: debida a la velocidad que tiene un cuerpo EC=m.v2/2
_Energía interna: suma de todas las energías que contienen un cuerpo deltaU=Q-t
_Energía de presión: aquella que contiene un cuerpo debido a la presión a la que es sometido Epe:P.v
_Energía química: absorbida o librada durante una reacción química
_Calor: energía que se transfiere de un cuerpo a otro mediante una diferencia de temperatura. Se mide kcal

CAPITULO 3 

BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA
Un procedimiento que lleva una contabilidad de la cantidad de entradas y salidas de materia y energía de un proceso o de una parte de este. Se basan en las leyes de conservación de masa y energía (no se crea ni se destruye, solo se transforma), las cuales indican que ambas son constantes, por lo cual, la masa y energía que entran a un proceso, deben ser igual a las salientes, excepto que se produzca una acumulación en el proceso. Solo hay un cambio o modificación de la materia.
Su importancia está en el diseño de equipos a utilizar y para calcular su costo. Además proporcionan información sobre la eficiencia de los procesos.
Se utilizan diagramas de flujos para representar las operaciones que se llevan a cabo para fabricar cierto producto.

(Rapidez de la salida de la materia y la energía del sistema)-(rapidez de entrada de la materia y energía al sistema)= (rapidez neta de acumulación de masa y energía en el sistema)

Se realizan balances parciales de materia,

TIPOS DE BALANCE:
_Los de mezclado: unión de dos o mas corrientes para dar una o más corrientes de salida
_Los de separación: se forman dos o mas corrientes a partir de una.

En algunos procesos algunos productos se vuelven a procesar para que se mezclen con los reactivos, denominado RECIRCULACION.
En otros, parte de los reactivos pasan al proceso y otra parte le da la vuelta sin entrar, denominado DERIVACION BY-PASS O DE RETORNO.
siendo el fin la mejora del producto final, la disminución del tamaño de equipos , mejorar la cálida, los costos, etc.

En los balances de energía se toma en cuenta la transferencia de energía a través de los límites del sistema. Algunos tipos de energía están asociados con la masa que fluye, en cambio, el calor y el trabajo son solo formas de transmisión de energía.

CAPITULO 4
Flujo de fluidos en el procesado de alimentos
El término fluido se usa para líquidos como para gases. Un fluido se mueve cuando sobre el mismo se aplica una fuerza. En cualquier posición y en cualquier momento existen varios tipos de fuerzas actuando sobre un fluido, como presión, gravedad, fricción, efectos térmicos. Son importantes tanto la magnitud como la dirección de la fuerza. Por ello es necesario realizar un balance de fuerzas en un elemento del fluido para determinar qué fuerzas contribuyen o se oponen al flujo del fluido.
Si la presión ejercida en un punto de un fluido es superior a la ejercida en otro punto, el fluido se mueve hacia la región de menor presión.
La gravedad causa el flujo del fluido desde las posiciones de mayor a las de menor altura. Un fluido que se mueve a un punto a menor altura experimenta una disminución en su energía potencial y un aumento de su energía cinética.
En presencia de gradientes térmicos, los fluidos calientes experimentan una disminución de la densidad, lo que causa que los fluidos más ligeros asciendan y los más densos se hundan. Conceptualmente podemos visualizar un fluido en movimiento como una serie de capas deslizándose unas sobre otras. Las fuerzas viscosas o de fricción actúan tangencialmente entre estas capas imaginarias. Todos los fluidos muestran cierto comportamiento viscoso, distinguiéndose unos de otros por la propiedad del flujo llamada viscosidad.
Importancia de la tensión en el flujo de fluido
El flujo de un fluido tiene lugar cuando se aplica sobre él una fuerza. La tensión se define como fuerza por unidad de área. Cuando una fuerza actúa perpendicularmente sobre una superficie, la tensión se denomina tensión normal, conocida comúnmente como presión. Cuando la fuerza actúa paralelamente a la superficie, la tensión se denomina esfuerzo cortante, (sigma). Cuando se aplica un esfuerzo cortante a un fluido, éste no puede soportar dicha tensión y se deforma, o simplemente fluye.
La influencia del esfuerzo cortante en sólidos y líquidos clasifica tales materiales como plásticos, elásticos o fluidos.
Cuando se aplica una fuerza sobre un sólido elástico existe una deformación proporcional a dicha fuerza y no existe flujo de material. Cuando se retira la tensión aplicada sobre el sólido, éste recupera su forma original.
Por otro lado, un material plástico se deforma continuamente mientras se aplica una tensión, siendo la velocidad de deformación proporcional a dicha tensión. Cuando se retira la tensión, el objeto recupera parte de su forma original. Como ejemplos de materiales plásticos pueden citarse la gelatina o algunas variedades de queso blando.
Un fluido se deforma continuamente mientras se ejerce una tensión, siendo la velocidad de deformación proporcional a la fuerza aplicada. En este caso no existe recuperación; es decir, el fluido no recupera o intenta recuperar su forma original cuando se retira la tensión aplicada.
Cuando se ejerce una tensión normal o presión sobre un líquido no se observa ningún efecto, se denominan fluidos incompresibles, mientras que los gases son fluidos compresibles, ya que un aumento de la presión produce una reducción considerable del volumen ocupado por el gas.
Densidad: densidad de un líquido se define como su masa por unidad de volumen y se expresa en kg/m3 en el sistema internacional de unidades, SI. En un sentido físico, la densidad es la masa de un líquido que ocupa una unidad de volumen definido. La magnitud de la densidad está influenciada por la temperatura. Por ejemplo, la densidad del agua disminuye apreciable- mente con la temperatura a temperaturas superiores a 4°C.
La densidad de los líquidos se mide generalmente mediante un densímetro que mide la gravedad específica, también conocida como densidad relativa; es decir, la relación entre la densidad de un determinado líquido y la densidad del agua a la misma temperatura.
Viscosidad:Un fluido puede entenderse como una materia compuesta por distintas capas. El fluido comienza a moverse tan pronto como se le aplica una fuerza. El movimiento relativo de una capa sobre otra se debe a una fuerza comúnmente llamada de cizalla, que se aplica en dirección paralela a la superficie sobre la que actúa. A partir de la segunda ley de Newton sabemos que existe una fuerza de resistencia que actúa entre las capas del fluido, en contra del movimiento, con la misma dirección y de sentido opuesto a la fuerza de cizalla. Esta fuerza de resistencia es una medida de una propiedad importante de los fluidos, la viscosidad.

q=Ux du/dy

donde U es el coeficiente de viscosidad, o simplemente viscosidad del fluido. Se le denomina también viscosidad «absoluta» o «dinámica».
Los líquidos que muestran una relación proporcional entre la velocidad de cizallamiento y el esfuerzo cortante, se llaman líquidos Newtonianos.
Cuando se representa gráficamente el esfuerzo cortante frente a la velocidad de cizallamiento se obtiene una línea recta que pasa por el origen. La pendiente de esta línea permite obtener el valor de la viscosidad, U.
El agua es un líquido Newtoniano; otros líquidos que muestran comportamiento no-Newtoniano son la miel, los zumos de frutas y la leche.
La viscosidad es una propiedad física del fluido y describe la resistencia del material a un flujo inducido por un esfuerzo, depende de la naturaleza fisicoquímica del material y de la temperatura.
El esfuerzo cortante a se obtiene usando la ecuación:
q=N/m2= Pa
En unidades cgs, el esfuerzo cortante se expresa en dinas/cm2, donde Velocidad de cizallamiento
1 Pa = 10 dinas/cm
El término 7, o du/dy en la ecuación (2.10), velocidad de cizallamiento, es el gradiente de velocidad que se origina en el líquido debido al esfuerzo cortante aplicado, tal y como se observa en la ecuación (2.7). Tiene unidades de s-1, determinadas al dividir la variación de la velocidad (m/s) por la distancia (m). Por lo tanto, la unidad de la viscosidad, /i, en el SI es pascal-segundo (Pa s), obtenido de la siguiente manera,

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