4. INTRODUCCION
Operaciones unitarias
Una operación unitaria puede definirse como un área del proceso o
un equipo donde se incorporan materiales, insumos materias
primas y ocurre una función determinada, son actividades básicas
que forman parte del proceso. 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.
El proceso
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).
5. Clasificación de las operaciones unitarias
Cada operación unitaria tiene como objetivo el modificar
las condiciones de una determinada cantidad de materia en
forma más útil a nuestros fines. Este cambio puede hacerse
principalmente por tres caminos:
• Modificando su masa o composición (separación de fases,
mezcla,...)
• Modificando el nivel o calidad de la energía que posee
(enfriamiento, vaporización, aumento de presión,...)
• Modificando sus condiciones de movimiento (aumentando o
disminuyendo su velocidad o su dirección).
Estos tres son los únicos cambios posibles que un cuerpo
puede sufrir.
7. MEZCLADO
• El mezclado y/o agitación es una
de las operaciones unitarias
dentro del campo de las
Ingenierías y es uno de los temas
más difíciles de someter a
un análisis científico. Hasta el
presente no se ha desarrollado
ninguna fórmula o ecuación
aplicable al cálculo de grado de
realización al que se verifica
la mezcla, o la velocidad con que
se realiza, en determinadas
condiciones.
8. Objetivos del mezclado
El mezclado se efectúa con el objeto de
lograr una distribución uniforme de los
componentes entre sí por medio del flujo,
dicho flujo es producido por medios
mecánicos.
.
Tipos de mezclados.
Generalmente puede que se nos ofrezca mezclar
sólidos con otros sólidos, líquidos con otros
líquidos, líquidos con sólidos, gases con líquidos,
etc. Al mezclarse líquidos miscibles o sólidos en
líquidos que se puede lograr un mezclado
íntimo, pero con líquidos inmiscibles y
materiales muy viscosos o pastosos el grado de
mezclado logrado es menor.
La eficiencia del proceso de mezclado depende
de una efectiva utilización de la energía que se
emplea para generar el flujo de componentes.
Para lograr proporcionar un suministro de
energía adecuado hay que considerar las
propiedades físicas de los componentes, el
diseño del agitador que transmite la energía y la
configuración del tanque de mezclado.
9. En este caso se refiere a forzar un fluido
por medios mecánicos para que adquiera
un movimiento circulatorio en el interior
de un recipiente.
Los objetivos de la agitación pueden ser:
•Mezcla de dos líquidos miscibles (ej:
alcohol y agua)
•Disolución de sólidos en líquido (ej.:
azúcar y agua)
•Mejorar la transferencia de calor (ej.,en
calentamiento o enfriamiento)
•Dispersión de un gas en un líquido
(ej.,oxígeno en caldo de fermentación)
•Dispersión de partículas finas en un
líquido
•Dispersión de dos fases no miscibles
(ej.,grasa en la leche)
Mezcla de fluido
10. Equipo utilizado: MEZCLADOR
Consiste en un recipiente cilíndrico (cerrado o
abierto), y un agitador mecánico, montado en un
eje y accionado por un motor eléctrico.
Las proporciones del tanque varían ampliamente,
dependiendo de la naturaleza del problema de
agitación. El fondo del tanque debe ser
redondeado, con el fin de eliminar los bordes
rectos o regiones en las cuales no penetrarían las
corrientes del fluido. El eje está accionado por un
motor, conectado a veces, directamente al
mismo, pero con mayor frecuencia, a través de
una caja de engranajes reductores. La elección
de mezclador y velocidad adecuada para cada
aplicación depende del grado de mezcla o batido
y el tipo de fluidos usados.
11. • Agitadores
Los agitadores se dividen en:
Los que generan corrientes
paralelas al eje del
impulsor que se
denominan impulsores de
flujo axial; y aquellos que
generan corrientes en
dirección radial tangencial
que se llaman impulsores
de flujo radial.
• Tipos de agitadores
Los tres tipos principales de
agitadores son,
paletas
turbina
hélice
12. Agitadores de paleta o pala
• Consiste en una hoja plana sujeta a un
eje rotatorio.
• El flujo de líquido tiene una
componente radial grande en el plano
de la pala y también un gran
componente rotacional.
• Los agitadores de pala son de
construcción relativamente fácil.
• Los agitadores de pala sencillos
producen una acción de mezcla suave,
que es con frecuencia la conveniente
para el trabajo con materiales
cristalinos frágiles.
• Son útiles para operaciones de simple
mezcla, como, por ejemplo, la mezcla
de líquidos miscibles o la disolución de
productos sólidos.
13. Agitadores de turbina típicos
Están constituidos por un componente
impulsor con más de cuatro hojas,
montadas sobre el mismo elemento y
fijas a un eje rotatorio.
• Los agitadores de turbina son eficaces
para un amplio intervalo de
viscosidades; en líquidos poco
viscosos, producen corrientes
intensas, que se extienden por todo el
tanque y destruyen las masas de
líquido estancado.
• El agitador de turbina semiabierto,
conocido como agitador de disco con
aletas, se emplea para dispersar o
disolver un gas en un líquido. El gas
entra por la parte inferior del eje del
rodete; las aletas lanzan las burbujas
grandes y las rompen en muchas
pequeñas, con lo cual se aumenta
grandemente el área interfacial entre
el gas y el líquido.
14. Agitadores de hélice
Las hélices no son muy efectivas si
van montadas sobre ejes
verticales situados en el centro
del depósito de mezcla. Estos
tipos de agitadores son
recomendados para su aplicación,
y todo depende de los requisitos
de su proceso. Los hay de
acoplados directo, estos están
diseñados para aplicaciones de
baja viscosidad, o volumen
pequeño, o aplicaciones en que
se requiere trituramientos del
producto. Los agitadores de
acoplado de engranaje (caja
reductora), son eficientemente
usados en productos con más alta
viscosidad o aplicaciones con un
volumen más elevado.
15. Mezclado de sólidos
• La operación de mezclado de
sólidos se da en la rama
farmacéutica que es la 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.
16. OTROS EJEMPLOS
• Amasadoras, dispersores y masticadores. El amasado
es un método de mezclado que se utiliza con sólidos
plásticos o deformables. Aplastan la masa, la
remueven sobre sí misma y la aplastan nuevamente.
La mayor parte de las amasadoras también desgarran
y cortan la masa por la acción de una pala móvil y una
superficie estacionaria. La energía que se requiere es
relativamente grande aun con materiales poco
viscosos; cuando la masa se vuelve dura y elástica el
consumo de energía se hace muy grande.
• La amasadora de dos brazos se utiliza para tratar
suspensiones, pastas y masas plásticas ligeras. Sus
aplicaciones típicas son la preparación de bases de
laca a partir de pigmentos y desmenuzamiento de
borras de algodón en ácido acético y anhídrido
acético para formar acetato de celulosa.
17. MEZCLADO Y LA INGENIERIA AMBIENTAL
MEZCLADO
El mezclado es una operación unitaria de gran importancia en muchas fases del tratamiento de aguas residuales, entre las
que podemos citar:
Mezcla completa de una sustancia con otra
Mezcla de suspensiones líquidas
Mezcla de líquidos miscibles
Floculación
Transferencia
Descripción y aplicación
La mayoría de las operaciones de mezclado relacionadas con el tratamiento de las aguas residuales puede clasificarse en
continuas y rápidas continuas (30 segundos o menos). Estas últimas suelen emplearse en los casos en los que debe mezclarse
una sustancia con otra, mientras que las primeras tienen su aplicación en aquellos casos en los que debe mantenerse en
suspensión el contenido del reactor o del depósito. En los siguientes apartados se analiza cada uno de estos tipos de
mezclado.
Mezcla rápida continua de productos químicos.
En el proceso de mezcla rápida continua, el principal objetivo consiste en mezclar completamente una sustancia con otra. La
mezcla rápida puede durar desde una fracción de segundo hasta alrededor de 30 segundos. La mezcla rápida de productos
químicos se puede llevar a cabo mediante diversos sistemas, entre los que destacan:
Resaltos hidráulicos en canales
Dispositivos Venturi
Conducciones
Por bombeo
Mediante mezcladores estáticos
Mediante mezcladores mecánicos
En los cuatro primeros, el mezclado se consigue como consecuencia de las turbulencias que se crean en el régimen de flujo.
En los mezcladores estáticos, las turbulencias se producen como consecuencia de la disipación de energía, mientras que en
los mezcladores mecánicos las turbulencias se consiguen mediante la aportación de energía con impulsores giratorios como
las paletas, hélices y turbinas.
18. • MEZCLADO
• El mezclado es una operación unitaria de gran importancia en muchas fases del tratamiento de aguas residuales,
entre las que podemos citar:
• Mezcla completa de una sustancia con otra
• Mezcla de suspensiones líquidas
• Mezcla de líquidos miscibles
• Floculación
• Transferencia
• Descripción y aplicación
• La mayoría de las operaciones de mezclado relacionadas con el tratamiento de las aguas residuales puede
clasificarse en continuas y rápidas continuas (30 segundos o menos). Estas últimas suelen emplearse en los casos
en los que debe mezclarse una sustancia con otra, mientras que las primeras tienen su aplicación en aquellos casos
en los que debe mantenerse en suspensión el contenido del reactor o del depósito. En los siguientes apartados se
analiza cada uno de estos tipos de mezclado.
• Mezcla rápida continua de productos químicos.
• En el proceso de mezcla rápida continua, el principal objetivo consiste en mezclar completamente una sustancia
con otra. La mezcla rápida puede durar desde una fracción de segundo hasta alrededor de 30 segundos. La mezcla
rápida de productos químicos se puede llevar a cabo mediante diversos sistemas, entre los que destacan:
• Resaltos hidráulicos en canales
• Dispositivos Venturi
• Conducciones
• Por bombeo
• Mediante mezcladores estáticos
• Mediante mezcladores mecánicos
• En los cuatro primeros, el mezclado se consigue como consecuencia de las turbulencias que se crean en el régimen
de flujo. En los mezcladores estáticos, las turbulencias se producen como consecuencia de la disipación de energía,
mientras que en los mezcladores mecánicos las turbulencias se consiguen mediante la aportación de energía con
impulsores giratorios como las paletas, hélices y turbinas.
