Modulo

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD
Escuela de Ciencias Basicas, Tecnologias e Ingenierias

Contenido didáctico del curso Procesos Químicos
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA

ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS, TECNOLOGIAS E INGENIERIAS
332569 – PROCESOS QUIMICOS
ING. WILLIAM EDUARDO MOSQUERA LAVERDE

(Director Nacional)
DRA.NUBIA SALAZAR
(Acreditadora)
BOGOTA D.C.
Agosto de 2011
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INDICE DE CONTENIDO
INTRODUCCION
UNIDAD 1. CONCEPTOS BASICOS Y OPERACIONES CON FLUIDOS
Capitulo 1. GENERALIDADES
Lección 1. Definición de proceso químico
Lección 2. Diseño de un producto químico
Lección 3. Como determinar cuánto se debe producir.
Lección 4. Clasificación de las operaciones unitarias
Lección 5. Procesos fundamentales de transporte
Capitulo 2. CONCEPTOS FUNDAMENTALES
Lección 6. El sistema de unidades

Lección 7. Leyes de los gases y presión de vapor
Lección 8. Conservación de la masa y balances de materia
Lección 9. Conservación de energía y balances de calor
Lección 10. Fundamentos de costos de producción
Capitulo 3. OPERACIONES UNITARIAS CON FLUIDOS

Lección 11. Características de los fluidos
Lección 12. Propiedades de los fluidos
Lección 13. Ecuación de continuidad
Lección 14. Ecuación de Bernoulli.
Lección 15. Aplicación en procesos industriales para fluidos.
Autoevaluación de la unidad 1.
UNIDAD 2 OPERACIONES CON SOLIDOS Y FENOMENOS DE

TRANSFERENCIA
CAPITULO 4. OPERACIONES UNITARIAS CON SOLIDOS

Lección 16. Reducción de tamaño.
Lección 17. La operación de cribado
Lección 18. Separaciones mecánicas
Lección 19. Diseño de equipos para operación y medición de sólidos.
Lección 20. Aplicación de las operaciones con sólidos en procesos industriales
CAPITULO 5. FENOMENOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR.

Lección 21. Mecanismos de transferencia de calor.
Lección 22. Procesos térmicos.
Lección 23. Diseño de equipos y medición de transferencia de calor
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Lección 24. Aplicación de las operaciones de transferencia de calor procesos

industriales.
CAPITULO 6. FENOMENOS DE TRANSFERENCIA DE MASA.
Lección 25. Difusión
Lección 26. Operaciones de transferencia de masa.
Lección 27. Diseño de equipos y medición de transferencia de masa
Lección 28. Aplicación de las operaciones de transferencia de masa en procesos
industriales.
CAPITULO 7. ANALISIS FINANCIERO EN UN PROCESO QUIMICO
Lección 29. Estados financieros y Análisis financiero básico en proceso
productivo.
CAPITULO 8. PETROQUÍMICA
Lección 30. El petróleo y sus derivados.
Autoevaluación de la unidad 2.
BIBLIOGRAFIA
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LISTADO DE TABLAS
4
LISTADO DE GRÁFICOS Y FIGURAS
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ASPECTOS DE PROPIEDAD INTELECTUAL Y VERSIONAMIENTO
El contenido didáctico del curso académico: Procesos químicos fue

diseñado inicialmente en el año 2006 por el Ing. Germán Augusto Castro, docente
temporal de la UNAD, ubicado en el Sede nacional Mutis. Es Ingeniero Químico.
Las actualizaciones las ha desarrollado el I.Q. William Eduardo Mosquera Laverde
Ingeniero químico de la Universidad Nacional de Colombia del año 1993,
Especialista en Educación superior a distancia de la UNAD en el año 2009 y
maestrante en gestión y auditorias en tecnología e ingeniera ambiental de la
Universidad de León- España. Se ha desempeñado como tutor de la UNAD desde
el 2005 hasta la fecha.
El contenido didáctico ha tenido dos actualizaciones: las dos desarrolladas

por el Ing. Mosquera en los años 2008 y 2010 quien se desempeña actualmente
como director del curso a nivel nacional.
La version del contenido didáctico que actualmente se presenta tiene como

características: 1) Incorpora nuevos contenidos relacionados con la Unidad 1,
pues en la versión anterior solo enfatizaba en los procesos unitarios y ahora se
enfatiza en el diseño del producto y los costos de producción. 2) Profundiza en la
unidad 2 en los procesos petroquímicos y los análisis financieros básicos para
determinar la viabilidad del producto químico.
La Dra. Nubia Salazar, tutora del CEAD Duitama, apoyó el proceso de

revisión de estilo del contenido didáctico e hizo aportes disciplinares, didácticos y
pedagógicos en el proceso de acreditación del material didáctico desarrollado en
el mes de Julio de 2011.
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INTRODUCCIÓN
El modulo de procesos químicos esta desarrollado con el fin que el estudiante de

tecnología e ingeniería ambiental adquiera las habilidades necesarias para poder
identificar las diferentes operaciones unitarias y los equipos necesarios para un
proceso productivo en una empresa industrial, además se pretende en la primera
unidad dar las herramientas para conceptualizar un proceso químico, las
definiciones básicas con todos los elementos para obtener las cantidades
necesarias en materiales y requerimientos energéticos con los cálculos de los
balances de calor y energía, igualmente que lograr conocer los costos necesarios
para el montaje de un proceso productivo, adicionalmente de mirar las
operaciones unitarias con fluidos y sus características.
En la segunda unidad se estudiaran cuatro temáticas esenciales en los procesos

químicos que se pueden ver en la ingeniería industrial como son las operaciones
con sólidos y sus equipos, especificación de los fenómenos de transferencia de
calor y masa, los fenómenos de la petroquímica tan necesaria en nuestra vida
cotidiana actual y por último el análisis financiero básico para lograr determinar la
viabilidad de un proceso productivo.
Todo lo anterior para acercarnos a los curso de diseño y aplicar los cursos de
procesos, mediciones, dibujo técnico, componente financiero, etc. Con el fin de
lograr la integralidad de los cursos del programa.
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UNIDAD 1
Nombre de la Unidad Conceptos Básicos y Operaciones con

Fluidos
Introducción
Justificación
Intencionalidades Formativas Los propósitos, los objetivos, las metas a
lograr y las competencias de aprendizaje
Denominación de capítulo 1 Generalidades
Denominación de Lección 1 Clasificación de las operaciones unitarias
Denominación de Lección 2 Diseño de un producto químico

Denominación de Lección 3 Como determinar cuánto se debe producir
Denominación de Lección 4 Clasificación de las operaciones unitarias
Denominación de Lección 5 Procesos fundamentales de transporte
Denominación de capítulo 2 CONCEPTOS FUNDAMENTALES
Denominación de Lección 6 El sistema de unidades
Denominación de Lección 7 Leyes de los gases y presión de vapor
Denominación de Lección 8 Conservación de la masa y balances de
materia
Denominación de Lección 9 Conservación de energía y balances de
calor
Denominación de Lección 10 Fundamentos de costos de producción
Denominación de capítulo 3 OPERACIONES UNITARIAS CON
FLUIDOS
Denominación de Lección 11 Características de los fluidos
Denominación de Lección 12 Propiedades de los fluidos
Denominación de Lección 13 Ecuación de continuidad
Denominación de Lección 14 Ecuación de Bernoulli
Denominación de Lección 15 Aplicación en procesos industriales para
fluidos
UNIDAD 2
Nombre de la Unidad OPERACIONES CON SOLIDOS Y

FENOMENOS DE TRANSFERENCIA
Introducción
Justificación
Intencionalidades Formativas Los propósitos, los objetivos, las metas a
lograr y las competencias de aprendizaje
Denominación de capítulo 4 OPERACIONES UNITARIAS CON
SOLIDOS
Denominación de Lección 16 Reducción de tamaño.
Denominación de Lección 17 La operación de cribado
8
Denominación de Lección 18 Separaciones mecánicas

Denominación de Lección 19 Diseño de equipos para operación y
medición de sólidos.
Denominación de Lección 20 Aplicación de las operaciones con sólidos
en procesos industriales
Denominación de capítulo 5 FENOMENOS DE TRANSFERENCIA DE
CALOR.
Denominación de Lección 21 Mecanismos de transferencia de calor.
Denominación de Lección 22 Procesos térmicos
Denominación de Lección 23 Diseño de equipos y medición de
transferencia de calor
Denominación de Lección 24 Aplicación de las operaciones de
transferencia de calor procesos industriales.
Denominación de capítulo 6 FENOMENOS DE TRANSFERENCIA DE
MASA
Denominación de Lección 25 Difusión
Denominación de Lección 26 Operaciones de transferencia de masa.
Denominación de Lección 27 Diseño de equipos y medición de
transferencia de masa
Denominación de Lección 28 Aplicación de las operaciones de
transferencia de masa en procesos
industriales.
Denominación de capítulo 7 ANALISIS FINANCIERO EN UN PROCESO
QUIMICO
Denominación de Lección 29 Estados financieros y Análisis financiero
básico en proceso productivo.
Denominación de capítulo 8 PETROQUÍMICA
Denominación de Lección 30 El petróleo y sus derivados.
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UNIDAD 1. Conceptos Básicos y Operaciones con fluidos
Fuente:http://www.scielo.org.ve/scielo.php?pid=S0378-18442005001100006&script=sci_arttext
INTRODUCCIÓN:
Esta unidad desarrollará, las bases necesarias y recopilación de información para

llevar a cabo el curso de procesos químicos, en la unidad se recordará las bases
de química general en el manejo de estequiometria y gases ideales.
En el siguiente capítulo empezará el estudiante a desarrollar el manejo de
operaciones unitarias para los fluidos, además de los tipos de equipos necesarios.
Por último se observará fundamentos de costos de producción y se estudiaran
algunas industrias que tiene manejo de fluidos.
OBJETIVO GENERAL:
Dar a conocer a los estudiantes una vista general de los procesos químicos que
manejen fluidos, sus características y los conceptos básicos que permitan manejar
el vocabulario necesario en el curso.
OBJETIVOS ESPECIFICOS:
- Conocer los conceptos básicos para las operaciones necesarias en los procesos
químicos.
- Desarrollar los manejos teóricos para los requerimientos de materiales en un
proceso químico.
- Diferenciar entre los diferentes diagramas de bloques, operaciones y de flujo
usados en procesos.
- Conocer las diferentes operaciones unitarias con fluidos en la industria.
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- Observar algunos procesos químicos donde se operen fluidos.

- Recordar los fundamentos de costos de producción para el diseño de un proceso
químico en la industria en general.
COMPETENCIAS:
El estudiante después de estudiar la unidad deberá ser competente en los

balances de materia necesarios para la elaboración de un producto. También en
las condiciones de operación para el manejo de gases.
Diferenciar entre las diferentes clases de fluidos, las condiciones de trabajo y
requerimientos de manejo de los mismos y equipos para su operación. Determinar
los costos primos necesarios para el diseño y viabilidad de un proceso químico.
CAPITULO 1: GENERALIDADES
Fuente:http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/docs_curso/pages/cap1/c1_4.htm
En este capítulo el estudiante desarrollará los temas concernientes a conocer un

proceso químico, una operación unitaria y el diseño básico de una operación
aplicando lo aprendido en química general, física general, parte del componente
financiero como son los costos y profundizar en los balances de materia en las
siguientes temáticas a desarrollar así:
- Definición de producto.
- Clasificación de las operaciones unitarias.
- Procesos fundamentales de transporte.
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- Diseño básico de un proceso productivo.
Lección 1. Definición de proceso químico
Para llegar a definición de proceso primero debemos entender que en nuestro

entorno existe un flujo constante de materia y/o energía. La relación existente
entre el medio natural y la sociedad industrial implica la existencia de un flujo de
materia y energía entre ambos. Estas relaciones se pueden evidenciar observando
la relación existente entre esquemas que tienen la intervención del hombre y
aquellas que se dan por si solas para obtener un producto que beneficie a todos,
como se observa en la Figura 1.1.
Figura 1. Relación de procesos naturales y artificiales.

Fuente: http://www.sc.ehu.es/iawfemaf/archivos/materia/00111.htm
Se distinguen dos tipos de procesos:
- procesos NATURALES: Aquellos que no tienen la intervención del hombre, como

pueden ser la función clorofílica, la acción de plantas y animales o la producción
orgánica de alimentos por agricultura.
- procesos ARTIFICIALES: Aquellos que tiene influencia del hombre y que dan
como resultado productos que generalmente no se encuentran en la naturaleza.
Estos últimos, los procesos artificiales, son los propiamente denominados
PROCESOS QUÍMICOS.
Por lo anterior se puede decir que para llegar a estos tipos de procesos, antes se
debe tener muy en cuenta los tipos de productos químicos que existen en la
industria como son aquellos que tienen un proceso sencillo, mientras otros
necesitan variedad de etapas para que el producto final tenga una aplicación
industrial y comercial; Entonces se definen las actividades básicas de la industria
química como primero la Extracción de materias primas o productos básicos,
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segundo la preparación de intermedios y tercero y último los productos terminados

o finales.
Los productos químicos básicos: son aquellos que se emplean para la

manufactura de otros productos más complejos y como reactivos de otros
procesos de fabricación; estos son obtenidos a partir de materiales naturales, en
grandes cantidades por lo tanto a un costo bajo. Algunos ejemplos de estos son
los ácidos, las sales, los alcoholes, solventes, etc.
Los productos químicos intermedios: son productos básicos antes de pasar a ser
productos finales que deben tener transformaciones previas, estos no son de
utilidad directa a un consumidor final, por lo general, son para la misma planta de
proceso y son usados en la fabricación de varios productos finales. Algunos
ejemplos de estos son los fenoles que sirven para alguna variedad de solventes
especializados, el cloruro de vinilo que sirve para la fabricación de pinturas o fibras
plásticas.
Los productos químicos finales: son aquellos que tienen las características
específicas tanto físicas, como químicas solicitadas por los clientes o
consumidores, se procesan en menor cantidad que los dos anteriores y a un costo
mayor. Algunos ejemplos de estos son: Los aromas, las pinturas, los colorantes,
etc.
Según lo anterior el concepto general de proceso se refiere a una transformación

de una o más etapas una material en otro con una o más salidas.
PROCESO SALIDAS
ENTRADAS
Figura 2. Proceso químico básico
Las entradas es lo que generalmente se denominan las materias primas que se

encuentran en la naturaleza o vienen de un proceso anterior; Estos materiales
dependiendo de su disponibilidad (escasos o abundantes) determinan el costo de
los mismos. Entre algunos ejemplos tenemos el aire, el agua dulce y salada, los
minerales, la vegetación, el petróleo, el gas, etc.
Durante el proceso es donde se logra la transformación o cambio de estas
entradas, estos cambios pueden ser de tipo físico, químico o ambos, es aquí
donde se presentan las operaciones unitarias, definiendo los tipos de equipos a
emplear, los controles a determinar y las velocidades de transformación.
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Las salidas es donde se tiene el producto terminado o intermedio según donde se

encuentre el proceso en la gran unidad productiva, es donde se miden las
calidades de lo obtenido y en donde a los materiales se les acumula el costo de
transformación como es la mano de obra y los indirectos de fabricación como son
los consumos energéticos, degaste de equipos, etc.
El concepto de proceso es aplicable a todo tipo de labor o desarrollo, por ejemplo
los procesos administrativos como expedir un pase de conducción que requieren
como entrada una serie de documentos y dentro del desarrollo general se incluyen
etapas o tramites que finalmente conducen a obtener como salida o producto final
el pase; otro ejemplo es la digestión que tiene como entrada los alimentos, como
etapas intermedias están la masticación , el transporte por el tracto digestivo, la
descomposición y asimilación los alimentos, para finalmente obtener como salidas
la energía, las excreciones y las secreciones.
Como se puede ver el concepto de proceso es ya conocido y manejado tal vez
hasta ahora con otros enfoques, en el caso particular que nos corresponde los
procesos químicos se pueden definir como el conjunto de operaciones químicas
y/o físicas ordenadas a la transformación de unas materias iniciales (alimentación
o materias primas) en productos finales diferentes llamados también materiales de
salida o productos, subproductos y coproductos. Un producto es diferente de otro
cuando tenga distinta composición, esté en un estado distinto o hayan cambiado
sus condiciones.
La figura 2. Representa a grandes rasgos los componentes elementales de un
proceso químico, pero estos tienen otras derivaciones como se puede apreciar a
continuación.
Figura 3. Proceso químico general.

Fuente: www.uc3m.es
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Como se puede ver en la figura 3. Los tres pasos básicos se expanden

dependiendo de la complejidad del proceso y el producto a fabricar, esta se
observa que las entradas al proceso además de la materia prima se necesita
energía, y en las salidas se tienen no solo los productos, subproductos o co-
productos, se debe disponer de los desechos, los cuales se deben determinar y
evaluar su esquema de vertido. Y en el interior del proceso se involucran todos los
necesarios para el cambio del material al producto deseado.
Lección 2. Diseño de un producto químico
Para la elaboración de un producto o proceso químico es necesario conocer las

etapas que este debe cumplir antes de iniciar la producción y evitar pérdidas o
fracaso en el proyecto.
Figura 4. Etapas de diseño de un producto químico.

Fuente: www.uc3m.es
IDEA DE PRODUCTO: En esta fase se concibe la idea de acuerdo a las

necesidades analizadas previamente debido a que todo proceso químico industrial
surge por la necesidad de satisfacer una demanda existente, bien de un producto,
de un servicio o de una tecnología. El interés social y/o la rentabilidad económica
de satisfacer dicha demanda lleva a examinar los parámetros del proceso tanto a
escala de laboratorio como industrial, es necesario conocer los parámetros
cinéticos (k, orden de reacción,…), termodinámicos (ΔH, ΔG, Keq,…) y de
equipos para el mismo. Sin embargo los procesos industriales involucran otros
estudios complementarios como la preparación de las materias primas y
acondicionamiento de los productos obtenidos (pureza, tamaño de partícula,
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estado de agregación,…), además del estudio de viabilidad económica de todo el

proceso.
Como se puede observar una reacción química a escala industrial tiene unos
condicionantes económicos importantes que la diferencian de la que se puede
realizar a escala laboratorio. Por lo cual en toda reacción química podemos decir
en general que los reactivos se transforman en productos, en un proceso industrial
tiene que darse que LOS REACTIVOS SE TRANSFORMAN EN PRODUCTOS Y
BENEFICIO ECONÓMICO, en caso de que no exista beneficio económico el
proceso INDUSTRIAL no se realiza.
Figura 5. Factores de influyen en un proceso.

Fuente: www.uc3m.es
Según lo mencionado anteriormente para el desarrollo de un proceso químico a

escala industrial habrá que tener en cuenta los factores físico-químicos,
económicos, medioambientales y sociales del mismo.
Los factores físico-químicos se concretan en la aplicación de las ciencias básicas

al diseño de las etapas físicas y químicas necesarias en el proceso productivo.
Desde las materias primas hasta la obtención del producto, existen una serie de
etapas, que son englobadas y estudiadas bajo la denominación de operaciones
básicas o unitarias. En aquellas etapas donde se realizan reacciones químicas
será necesario el estudio cinético de las mismas. Este estudio está encuadrado
en la disciplina denominada Ingeniería de la reacción química.
El principio fundamental en un sistema de economía de mercado es el factor de

rentabilidad económica, de forma que la rentabilidad de un proyecto nos indicará
la viabilidad del mismo. En el caso de la economía dirigida, por contra, serán
factores como el desarrollo regional o la necesidad de ocupar mano de obra, por
encima de la obtención de un mínimo costo o de plusvalías, los que motivarán el
desarrollo de un proyecto.
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El factor medioambiental interviene en cuanto al cumplimiento de las normativas

existentes, así como en el aumento de la conciencia de respeto medioambiental
del consumidor. Estos dos aspectos cada vez influirán más en la selección del
propio proceso productivo y afectarán al costo del mismo.
Finalmente existen una serie de factores sociales también importantes a la hora de

diseñar una estrategia de producción como son: el empleo de mano de obra de
una serie de grupos sociales concretos, por criterios de edad, étnicos o religiosos,
origen regional de las materias primas, desarrollo de nuevas modas de consumo,
creación de empleo indirecto, sectores productivos a desarrollar, etc.
Resumiendo, el desarrollo de cualquier proceso químico implica:
Figura 6. Requerimientos de un proceso químico.

Fuente: www.uc3m.es
Que en todo proceso químico las ciencias básicas (química, física, biología,
matemáticas, etc.) nos permiten conocer los parámetros termodinámicos, cinéticos
y de movimiento que gobiernan el mismo, de manera que se puedan paramétrizar
y generar expresiones algebraicas para su cálculo. Este conocimiento nos permite
evaluar los fenómenos de transferencia de materia, calor y cantidad de
movimiento que van a gobernar el proceso.
Necesitamos utilizar otras disciplinas como la economía, diseño y control de

procesos para que el proceso propuesto sea no solo técnicamente viable, sino
también económicamente. Además hay que tener permanentemente presente los
temas de seguridad de operarios, usuarios y población en general, tanto durante la
construcción de la instalación como durante la explotación de la misma, transporte
y almacenamiento de materias primas y productos elaborados o semielaborados y
por supuesto durante el uso final de los mismos y en caso de accidente o
catástrofe.
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Hay que tener presente el medio ambiente durante todas las etapas del proceso,
de manera que la huella medioambiental del proceso productivo sea la menor
posible. Este planteamiento incidirá tanto en la sostenibilidad medio ambiental,
como en la económica y social del proceso.
MERCADO. Es esencial en cada proceso químico y su proyección industrial, por

lo tanto se estudiará en la lección 3.
DESARROLLO EXPERIMENTAL Y PLANTA PILOTO. Esta etapa es la descrita

en el grueso del curso con las operaciones unitarias necesarias y sus equipos.
ESCALA INDUSTRIAL. Es la etapa más importante porque se desarrolla el

análisis financiero para determinar la viabilidad o no de la producción.
Lección 3. ¿Cómo determinar cuánto se debe producir?
Fuente: http://www.emprendedoresunam.com.mx/articulos.php?id_art=264
Para resolver la pregunta anterior se debe acudir a un instrumento básico para

todo productor o persona que se piense dedica a la producción y comercialización
de cualquier producto como es la investigación de mercados que se utiliza para
conocer:
La oferta (cuáles son las empresas o negocios similares y qué beneficios ofrecen)
y para conocer la demanda (quiénes son y qué quieren los consumidores). Para
resolver las siguientes inquietudes: cuáles son las necesidades insatisfechas del
mercado, cuál es el mercado potencial, qué buscan los consumidores, qué precios
están dispuestos a pagar, cuántos son los clientes que efectivamente comprarán,
por qué comprarán, qué otros productos o servicios similares compran
actualmente. Por lo cual debe buscarse información sobre la demanda que
responda estas preguntas, sustentando la propuesta de diseño de un producto o
proceso químico. Fuentes como revistas y diarios especializados, cámaras
empresariales, internet, consultores o personas que ya están en el mercado
pueden aportar información valiosa.
Lo anterior se puede conseguir un instrumento tipo encuesta, la que se aplicará

especialmente en el área de influencia de las personas involucradas en el
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proyecto de producción de un producto químico, para tener definido el universo a

cubrir, cuanto es el mercado potencial y cuál es el objetivo de penetración inicial.
Adicionalmente el análisis Swot (Strengths, Weakneses, Oportunities, Threatens)

o Foda (Fortalezas, Oportunidades, Debilidades y Amenazas) es una herramienta
estratégica que se utiliza para conocer la situación presente del producto. Es una
estructura conceptual que identifica las amenazas y oportunidades que surgen del
ambiente, así como las fortalezas y debilidades internas del proyecto.
El propósito fundamental de este análisis es potenciar las fortalezas del proyecto

para:
 Aprovechar oportunidades.
 Contrarrestar amenazas.
 Corregir debilidades.
Las amenazas y oportunidades se identifican en el exterior de la futura empresa,

en su contexto. Esto implica analizar:
 Los principales competidores y la posición competitiva que ocupa la

empresa entre ellos.
 Las tendencias del mercado.
 El impacto de la globalización, los competidores internacionales que
ingresan al mercado local y las importaciones y exportaciones.
 Los factores macroeconómicos sociales, gubernamentales, legales y
tecnológicos que afectan al sector.
Las fortalezas y debilidades se identifican en la estructura interna del proyecto.

Deben evaluarse:
 Calidad y cantidad de los recursos con que cuenta la empresa.

 Eficiencia e innovación en las acciones y los procedimientos.
 Capacidad de satisfacer al cliente.
Preguntas guía.
 ¿Qué se conoce sobre la demanda?

 ¿Quiénes son los consumidores?
 ¿Qué buscan?
 ¿Cómo se van a satisfacer sus necesidades?
 ¿Cuántos son los consumidores potenciales?
 ¿Y cuántos los que realmente comprarán?
Si bien un producto químico es el resultado de una infinidad de variables, siempre

pueden identificarse algunos factores que, por el tipo de emprendimiento o por
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características particulares del mercado, determinarán que el negocio funcione.

Según el tipo de proceso, algunos de los factores críticos de éxito son:
 Ventas: define la cantidad de producción a desarrollar inicialmente, siendo

la base para los balances de materia y energía, conociendo con esto los
materiales necesarios para la producción.
 Costo promedio de insumos: sirve para determinar el costo directo de
nuestro producto y en últimas determinar el precio de venta, logrando con
esto hacer un análisis financiero.
 tasa de penetración: nos define cuanto se inicia a producir y hasta dónde
puede llegar la producción o crecimiento de la planta.
 plazo de entrega: Nos define que tipo de producción se puede desarrollar,
ya sea por cochadas, semicontinuo o continúo.
 Logística: nos determina como se puede entregar y diseñar trazabilidad del
proceso.
 Imagen: nos da la presencia y retención en la mente de los posibles
clientes.
Todo lo anterior se logra con un buen diseño del plan de marketing que es la
instrumentación de la estrategia de marketing. Sólo tiene sentido si previamente
han sido definidos el posicionamiento (lugar de ubicación) de la empresa y el
target (tipo de producto a desarrollar) al que apunta.
Una vez explicitadas las decisiones estratégicas, el plan de marketing debe

producir respuestas convincentes a cuatro preguntas fundamentales:
 Producto/servicio: ¿Cuáles son los beneficios que el producto generará

para los potenciales clientes?
 Precio: ¿A qué precio se va a ofrecer el producto y cuánto influye el precio
en la decisión de compra de los potenciales clientes?
 Distribución: ¿Cómo y en qué lugar se va a vender el producto?
 Comunicación: ¿De qué manera se va a comunicar el producto de modo tal
que los clientes potenciales se enteren de su existencia y deseen
comprarlo?
Teniendo definido todo lo anterior como es la cantidad a producir, presentación del

producto al cliente, área de influencia, la logística de entrega, se puede proceder a
los diseños en detalle de los procesos químicos.
La investigación le ayuda a identificar oportunidades en el mercado; Por ejemplo,

si usted planea iniciar la fabricación de un producto químico en cierta localización
geográfica y descubre que en ese lugar existe poca competencia, entonces usted
ya identificó una oportunidad. Las oportunidades para el éxito aumentan si la
región en la que piensa hacer negocio está altamente poblada y los residentes
reúnen las características de su grupo seleccionado.
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La investigación de mercado minimiza los riesgos; Si en lugar de identificar

oportunidades en el mercado, los resultados de la investigación le indican que no
debe seguir con el plan de acción, entonces es el momento de hacer ajustes. Por
ejemplo, si los hallazgos reflejan que el mercado está saturado con el tipo de
servicio o producto que planifica ofrecer, entonces usted sabe que tal vez sea
mejor moverse hacia otra localización.
La investigación de mercado identifica futuros problemas; A través de la

investigación puede descubrir, por ejemplo, que en el lugar donde quiere
establecer su negocio, el municipio planifica construir un paso a desnivel o una
ruta alterna con el propósito de aliviar la congestión de tránsito. ¡Usted ha
identificado un posible problema! La investigación de mercado le ayuda a evaluar
los resultados de sus esfuerzos; Con la investigación puede determinar si ha
logrado las metas y los objetivos que se propuso al iniciar la empresa.
Datos demográficos: Es información específica sobre una población. Incluye:

1. edad
2. sexo
3. ingreso aproximado
4. preparación académica
5. estado civil
6. composición familiar
7. nacionalidad
8. zona residencial
Los datos demográficos están basados en los hallazgos del censo nacional,
agencias de gobierno y firmas privadas que se dedican a recopilar este tipo de
información. Usted puede obtener esta información en la Cámara de Comercio, en
el periódico local, en el Departamento de Comercio o en una biblioteca local. Por
ejemplo, para el censo del 1990 en los EEUU se encontró que la mayor parte de la
población se encontraba entre los 50 y 65 años de edad. Estos datos fueron
aprovechados por algunas empresas para desarrollar productos y servicios para
atender las necesidades de esta población. Como consecuencia, en los últimos
años se registró un alza en las ventas de productos y servicios para la salud.
Datos psicológicos: Estos datos recopilan la información que se encuentra en la
mente del consumidor:
1. actitudes
2. estilos de vida
3. intereses
4. valores
5. cultura
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Con la obtención de esta información podríamos:

1. determinar qué factores motivan al consumidor a comprar nuestro producto o
servicio
2. identificar cualquier predisposición por parte del consumidor por razones
culturales o ambientales.
3. conocer las preferencias del consumidor
OJO…La obtención de datos demográficos y psicológicos ahorra mucho tiempo y
dinero a la compañía. La información sirve para delinear el perfil de nuestro
cliente.
Métodos para investigar un mercado:
1. La Encuesta: En este método se diseña un cuestionario con preguntas que

examinan a una muestra con el fin de inferir conclusiones sobre la población.
Una muestra es un grupo considerable de personas que reúne ciertas
características de nuestro grupo objeto. Es recomendable que las preguntas de la
encuesta sean cerradas [preguntas con alternativas para escoger].
Éste es el método que más se utiliza para realizar investigaciones de mercado.
Otro factor importante es la secuencia en la cual las preguntas son presentadas.
Las preguntas iniciales deben ser sencillas e interesantes.
Las preguntas se deben tocar desde lo general hasta lo específico.
El cuestionario debe ser fácil de leer. Por ejemplo,
¿Cuál es el factor que más influye al momento que usted compra un carro nuevo?
__ Garantía
__ Precio
__ Servicio
__ Experiencia previa.
2.- La Entrevista: Una vez diseñado un cuestionario se procede a entrevistar a

personas consideradas líderes de opinión. Generalmente, los participantes
expresan información valiosa para nuestro producto o servicio.
Por ejemplo,* ideas para promoción* estrategias de ventas / mercadeo
3.- La Observación: Otra opción que tenemos para obtener información es a través
de la observación. Con simplemente observar la conducta de nuestro público
primario podemos inferir conclusiones. Un ejemplo sería observar cómo las
personas se comportan al momento de escoger un producto en el supermercado.
4.-Grupo Focal: Los grupos focales son parecidos al método de la entrevista, con
la diferencia de que la entrevista se realiza a un grupo en vez de a un individuo.
Para el grupo focal se selecciona entre 10 a 12 personas con características o
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experiencias comunes.OJO…Es necesario tener un moderador para que

conduzca la entrevista.
EJEMPLO 1. Para producir bebidas refrescantes en el área de influencia de

Girardot, se debe conocer los gustos en bebidas de la ciudad como por ejemplo
limonada 60% y naranja 40%, la población media de la ciudad es de 200000
habitantes, de los cuales el 65% es adulto mayor de 18 años, su consumo es de
1.5 litros de bebidas refrescantes en promedio día, la presentación de consumo es
de 300 mililitros. Con esta información que solo se obtiene con la investigación del
mercado y una encuesta se puede definir que para penetrar en el 50% del
mercado o sea:
200000 * 0.65 = 130000 adulto en la ciudad, se desea cubrir el 50% o sea 65000
personas.
Estas 65000 personas consumen en total 97500 litros de bebidas refrescantes en

el día o sea que consumen:
9750000 mililitros/ 300 ml. = 325000 bolsas de 300 ml. En bebidas.
Esta es nuestra base de cálculo para las cantidades a producir de limonada y

naranja, además de las materias primas necesarias.
Al ejemplo le faltan los costos y precios de venta para desarrollar el esquema
financiero.
Lección 4. Operaciones Unitarias y Clasificación de las Operaciones

unitarias
Fuente:http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/docs_curso/pages/cap1/c1_4.htm
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 o productos químicos o biológicos. Es posible
23
considerar estos procesos químicos, físicos o biológicos, aparentemente distintos,

y clasificarlos en una serie de etapas individuales y diferentes llamadas
operaciones unitarias. Por lo tano se pueden definir como cada una de las etapas
con una función específica que se lleva a cabo sistemáticamente en la industria
química: destilación, extracción, evaporización, etc.
Las operaciones unitarias tienen las siguientes características:

• Son esencialmente las mismas con independencia del proceso en el que
se apliquen.
• Permite estandarizar el diseño de equipos con el mismo fundamento para
procesos distintos.
• Técnica de cálculos similares.
• Estudian principalmente la transferencia y los cambios de energía, la
transferencia y los cambios de materiales que se llevan a cabo por medios
físicos, pero también por medios fisicoquímicos.
EJEMPLO 2.
1. La operación unitaria conocida como destilación se usa purificar o separar
alcohol en la industria de las bebidas y también para separar los hidrocarburos
en la industria del petróleo.
2. El secado de granos y otros alimentos es similar al secado de maderas.
3. La operación unitaria absorción se presenta en el oxigeno del aire en los
procesos de fermentación o en una planta de tratamiento de aguas, así como
en la absorción de hidrogeno gaseoso en un proceso de hidrogenación liquida
de aceites.
4. La evaporación de salmuera en la industria química es similar a la evaporación
de soluciones de azúcar en la industria alimenticia.
5. La sedimentación de sólidos en suspensiones en las industrias de tratamiento
de aguas y minería, es una operación similar.
6. El flujo de hidrocarburos líquidos en refinerías de petróleo y el flujo de leche en
una planta de productos lácteos se llevan a cabo de manera semejante.
A continuación se describen las operaciones unitarias más importantes y que
corresponden a aquellas que se pueden combinar en diversas secuencias en un
proceso.
1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que determinan el flujo y transporte
de cualquier fluido de un punto a otro.
2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria concierne a los principios

que gobiernan la acumulación y transferencia de calor y de energía de un
lugar a otro.
24
3. Operaciones gas-líquido y líquido-vapor
Absorción-desorción: Consiste en la transferencia selectiva de uno o más

componentes de una mezcla gaseosa a un disolvente líquido de reducida
volatilidad o viceversa.
Destilación. Separación de los componentes de una mezcla liquida por medio

de la ebullición basadas en las diferencias de presión de vapor.
Rectificación: En la destilación el contacto se realiza entre una mezcla en fase

líquida y una mezcla en fase vapor generada por ebullición del líquido pero que
no se encuentran inicialmente en el equilibrio, a consecuencia de ello, la fase
vapor se condesa parcialmente y la fase líquida se vaporiza también
parcialmente de modo que tras el contacto entre ambas el vapor se enriquece
en los componentes más volátiles de la mezcla y el líquido lo hace en los
menos volátiles.
TABLA 1. Operaciones básicas de separación

25
4. Operaciones de interacción aire-agua:
Humidificación y deshumidificación de aire y enfriamiento de agua: En

ellas el vapor de agua (equivalente al componente volátil pasa de una fase a
otra con el consiguiente efecto térmico del elevado calor latente de
vaporización/condensación.
Evaporación: Consiste en eliminar parte del disolvente de una disolución por

ebullición de ésta, separando el vapor generado. Así la disolución resulta
concentrada en el soluto no volátil. La diferencia con la destilación/rectificación
es que sólo hay un componente volátil.
5. Operaciones líquido-líquido:
Extracción: Se ponen en contacto dos mezclas líquidas inmiscibles con objeto

de transferir uno o varios componentes de una fase a otra.
6. Operaciones líquido-sólido:
Lixiviación: es una extracción líquido-sólido, es la separación de uno o varios

solutos contenidos en una fase sólida mediante su contacto con un disolvente
líquido que los disuelve selectivamente.
Adsorción: esta puede ser también gas-sólido. Uno o más componentes de

una mezcla gaseosa o líquida se adsorben preferentemente sobre la superficie
de un sólido, separándose así del resto de los componentes. A diferencia de la
absorción donde los componentes se incorporan a toda la masa del líquido
aquí los componentes se incorporan solamente a la superficie de la fase
receptora.
Intercambio iónico: Es similar a la adsorción pero lo que se transfiere del

líquido al sólido son especies iónicas en la fase líquida.
Cristalización: aquí se produce la transferencia de un soluto desde una

disolución a una fase sólida cristalina del mismo mediante un cambio en la
temperatura y/o en la concentración.
Secado: en el secado se separa un líquido volátil de un sólido no volátil por

vaporización.
Separación de membrana: Este proceso implica separar un soluto de un

fluido mediante la difusión de este soluto de un líquido o gas, a través de la
barrera de una membrana semipermeable, a otro fluido.
26
Separaciones físico-mecánicas: Implica la separación de sólidos, líquidos o

gases por medios mecánicos tales como filtración, sedimentación o reducción
de tamaño, que por lo general se clasifican como operaciones unitarias
individuales.
Muchas de estas operaciones unitarias tienen ciertos principios básicos o

fundamentales comunes. Por ejemplo, el mecanismo de difusión o de
transferencia de masa se presenta en el secado, absorción, destilación y
cristalización. La transferencia de calor es común al secado, la destilación, la
evaporación, etc. Por lo tanto, es conveniente establecer la siguiente clasificación
más fundamental de los procesos de transporte o transferencia.
TIPOS DE OPERACIONES UNITARIAS.

Estos se clasifican de acuerdo a la forma de manejarse como son continuos,
semicontinuos y por cochadas o discontinuas.
27
Lección 5: Procesos fundamentales de transporte
Cualquier proceso físico o químico tiene por objeto modificar las condiciones de
una determinada cantidad de materia, para adecuarla a nuestros fines. Esta
modificación se provoca alterando los valores de las variables que definen al
sistema, dando lugar al transporte de alguna de las tres propiedades intensivas
que se conservan en las colisiones moleculares: la materia, la energía o la
cantidad de movimiento.
1. Transferencia de la materia. Se refiere a la que se presenta en los materiales

cuando pasa cierta cantidad de un espacio a ocupar otro espacio, disminuyendo
en uno y aumentando en otro, como en operaciones unitarias de adsorción, y
absorción.
2. Transferencia de Energía. En este proceso fundamental se considera como tal

a la transferencia de calor que pasa de un lugar a otro; se presenta en las
operaciones unitarias de transferencia de calor, secado, evaporación, destilación y
otras.
3. Transferencia de momento lineal. Se refiere a la que se presenta en los

materiales en movimiento, como en operaciones unitarias de flujo de fluidos,
sedimentación y mezclado.
Momentum, palabra de origen latino, se ha conservado en idiomas modernos

para significar la cantidad de movimiento definido en la aplicación de la primera ley
de Newton. La primera ley de Newton postula “Todo cuerpo continua en su estado
de reposo, o de movimiento rectilíneo uniforme a menos que sea impelido a
cambiar dicho estado por fuerzas que actúan sobre él”. Esta ley es también
conocida como ley de la inercia o ley del movimiento de Newton.
Uno de los efectos de una fuerza es modificar el estado de movimiento de un

cuerpo y ello se establece en el enunciado de la segunda ley de Newton “La
rapidez de cambio de momentum de un sistema es igual a la fuerza neta que
actúa sobre el sistema y ocurre en la dirección de la fuerza neta”
Matemáticamente la ley se escribe en la forma:
Ecuación 0.
Donde:
F: las fuerzas que actúan sobre el cuerpo.
m: la masa del cuerpo.
28
v: velocidad
P: Momentum ó cantidad de movimiento.
El principio se aplica en el manejo de fluidos y de sólidos.
La variación de una de estas propiedades es provocada por la existencia de un

gradiente de la misma, es decir, de una variación a lo largo de una o más
dimensiones (ejes de coordenadas espaciales y tiempo):
-Si en una mezcla fluida multicomponente existe un gradiente en la composición
de alguno de ellos, existirá un transporte de materia.
- Si existe en un medio un gradiente de temperatura, se producirá un transporte de
energía.
-Si existe un gradiente de velocidades entre diferentes partes de un fluido, se
generará un transporte de cantidad de movimiento.
Figura 7. Fenómeno de transporte.

Fuente: www.uc3m.es
En definitiva, para que exista un proceso debe existir un gradiente de la magnitud
independiente. Este gradiente es la fuerza impulsora y el fenómeno de transporte
se realiza en el sentido de alcanzar el estado de mínima energía (equilibrio) en el
que las magnitudes independientes son constantes en todas las direcciones, es
decir el sistema sufre un cambio en el sentido contrario al gradiente.
El objetivo del estudio de los fenómenos de transporte es pues, determinar la

velocidad con que se alcanza el equilibrio (de composición, de energía y de
cantidad de movimiento) en el sistema.
Los fenómenos de transporte pueden estudiarse a nivel macroscópico,
microscópico o molecular.
29
TRANSPORTE A NIVEL MOLECULAR
La descripción molecular se caracteriza porque trata un sistema macro o

microscópico como si estuviese compuesto de entidades individuales infinitamente
pequeñas, cada una de las cuales sigue ciertas leyes. En consecuencia, las
propiedades y las variables de estado del sistema se obtienen como suma de las
de todas las entidades que constituyen el sistema. La mecánica cuántica y la
mecánica estadística son métodos típicos de análisis molecular de las
propiedades de los sistemas, sin embargo, la complejidad de cálculo no hace
viable esta aproximación como método de cálculo de los fenómenos de transporte
en la mayor parte de los problemas, permitiendo al ingeniero utilizar estos
conceptos en el análisis y diseño.
TRANSPORTE A NIVEL MICROSCÓPICO
El transporte a nivel microscópico corresponde a un tratamiento fenomenológico

del problema y admite que el sistema puede considerarse como continuo,
obviándose las interacciones moleculares detalladas y planteando ecuaciones de
balance diferencial para materia, cantidad de movimiento y energía. Respondiendo
a la expresión general:
ΔFz=-δdπ/dz
Donde dπ/dz es la variación en la dirección z de la variable que gobierna el

transporte de la propiedad, δ es una variable característica de la resistencia que
pone el sistema al transporte de la propiedad en estudio, y ΔFz es el flujo de la
propiedad transportada.
•Ley de Newton de la viscosidad: En el caso de transporte de cantidad de

movimiento τZX es la fuerza que hay que ejercer para que se desplace una
porción de fluido con respecto al de sus inmediaciones, suponiendo régimen
laminar, η y ν son respectivamente la viscosidad y la viscosidad cinemática y vx la
velocidad cinemática.
•Ley de Fourier: El transporte de energía térmica se rige por la ley de Fourier
donde Qz es el flujo de calor K y α son la conductividad y difusibidad térmica
respectivamente y cp es la capacidad calorífica a presión constante.
•Ley de Fick: No habiendo agitación la transferencia de masa viene gobernada por

la ley de Fick donde Jiz es la densidad de flujo del componente “i” en la dirección
z, siendo Di el coeficiente de difusión de dicho componente y X1 su fracción molar.
Para procesos sin movimiento o con flujo laminar, el tratamiento a nivel

microscópico encuentra numerosas aplicaciones prácticas, aunque con frecuencia,
resulta excesivamente complicado. Para flujo turbulento y elevado grado de
mezcla no presenta mucha aplicación práctica y es necesario recurrir a otros
métodos de descripción.
30
TRANSPORTE MACROSCÓPICO
El transporte macroscópico de una propiedad en un sistema es el cálculo de la

entrada (E), salida (S), acumulación (A), generación (G) y consumo (C) de dicha
propiedad en el sistema, el cual viene definido por unos límites físicos reales
Figura 8. Transporte macroscópico.

Fuente: www.uc3m.es
(paredes exteriores del sistema) o conceptuales (limites imaginarios impuestos
para el cálculo). En cada sistema podemos aplicar al conjunto el principio de
conservación por el cual: LA SUMA DE ENERGÍA Y MATERIA SE CONSERVA
de manera que como puede haber entradas de reactivos, salida de productos y
subproductos, entrada y salida de inertes, refrigerantes, calefactores, etc. El
principio de conservación dice que:
Σ Entradas - Σ Salidas = Σ Consume + Σ Acumula - Σ Generación
TALLER.
1.- En su lugar de trabajo, residencia o estudio determine 5 ejemplos de procesos

naturales y artificiales.
2.- En su región de influencia, determine un producto químico de preferencia y

desarrolle una investigación de mercado donde determine las cantidades a
producir, la presentación que más gusta, los precios de venta y los posibles
competidores.
3.- Con una receta de cocina determine las operaciones unitarias que se alcanzan
a detectar y desarrolle el análisis para su proyección industrial.
31
CAPITULO 2: CONCEPTOS BASICOS
tubo venturi
Fuente:http://proton.ucting.udg.mx/dpto/maestros/mateos/clase/Modulo_05/detectores/venturi/index.html
Antes de empezar a estudiar los procesos lo que primero se debe hacer es revisar
los conceptos previos a manejar en este curso. Por lo cual el segundo capítulo
trata de manejar varios conceptos ya desarrollados en cursos previos, los cuales
son el sistema de unidades de medición, la ley de los gases ideales, las leyes de
conservación de la masa y al energía, y especialmente un repaso a los costos de
producción para ir teniendo a la par el componente financiero esencial para el
éxito de todo producto químico.
En el sistema de unidades de estudiará especialmente el sistema internacional

para estandarizar los procesos, Las leyes de gases, masa y energía para dar un
correcto manejo a los fluidos y más adelante a los sólidos. Por último el desarrollo
de costos para tener a la mano los balances de másicos y los costos directos
básicos para determinar el precio de venta de un producto químico.
Lección 6. El sistema SI de unidades y otros sistemas.
Fuente:www.kalipedia.com/fisica-quimica/tema/dinamic.
Los sistemas de medición son claves en el estudio de los procesos químicos ya

que estos permiten tener un control en el mismo y determinar eficiencia y
efectividades de las operaciones y procesos. Existen tres sistemas de unidades
fundamentales empleados actualmente en la ciencia y la ingeniería.
El primero y más importante es el sistema SI (Systeme International d‟unités),

cuyas tres unidades básicas son el metro (m), el kilogramo (kg) y el segundo (s).
Los otros son el sistema inglés: pie (ft) - libra (Ib) - segundo (s) o sistema pls (fps);
32
Y el sistema cgs donde las unidades básicas son el centímetro (cm) - gramo (g) -
segundo (s).
El sistema SI se adopto de manera oficial para usos en ingeniería y las ciencias,

aunque el sistema inglés y cgs todavía tienen bastante aceptación.
Muchos de los datos químicos y físicos, así como las ecuaciones empíricas, están
expresados en estos dos sistemas. Por tanto, el ingeniero no sólo debe conocer a
la perfección el sistema SI, sino además poseer cierto grado de familiarización con
los otros dos sistemas.
El sistema de unidades SI
Las unidades fundamentales del sistema SI son como sigue: la unidad de longitud
es el metro (m); la de tiempo es el segundo (s); la de masa es el kilogramo (kg); la
de temperatura es el Kelvin (K); y la de un elemento de materia es el kilogramo
mol (kg mol). Las unidades restantes se derivan de estas cantidades.
- La unidad de fuerza es el newton (N), que se define como: 1 newton(N) = 1

kg*m/s
- La unidad básica de trabajo, energía o calor es el newton-metro, o joule (J):
1 joule (J) = 1 newton * m (N . m) = 1 kg . m2/s.
- La potencia se mide en joule/s o watts (W): 1 joule/s (J/s) = 1 watt (W).
- La unidad de presión es el newton/m2 o Pascal (Pa): 1 newton/m2 (N/m2) =
1 Pascal (Pa). La presión en atmósferas (atm) no es una unidad estándar del
sistema SI, pero se usa en la etapa de transición.
- La aceleración de la gravedad se define como: 1 g = 9.80665 m/s2.
- Las temperaturas se definen en Kelvins (oK), como unidad estándar del sistema
SI. Sin embargo, en la práctica se usa mucho la escala Celsius (ºC) que se define
como:
T °C = T (oK) - 273.15
o
Nótese que 1 °C = 1 K cuando se trata de diferencias de temperatura:
ΔT ºC = ΔToK
- La unidad estándar de tiempo preferible es el segundo (s), pero también puede

expresarse en unidades no decimales de minutos (min), horas (h) o días (d).
- Algunos de los prefijos para múltiplos de las unidades básicas son:

Giga (G) = 109, Mega (M) = 106, kilo (k) =103, centi (c) = 10-2, mili (m) = 10-3, micro
(μ) = 10-6 y nano (n) = 10-9.
El sistema de unidades cgs
El sistema cgs se relaciona con el sistema SI como sigue:

- 1 g masa (g) = 1 x 10-3 kg masa (kg)
- 1 cm = 1 x 10-2 m
33
- 1 dina = 1 g * cms = 1 x 10-5 newton (N)

- 1 erg = 1 dina* cm = 1 x lO-7 joule (J).
- La aceleración estándar de la gravedad es g = 980.665 cm/s2
El sistema inglés de unidades
La equivalencia entre el sistema inglés y el SI es como sigue:
- 1 lb masa (lbm) = 0.45359 kg

- 1 pie = 0.30480 m
- 1 lb fuerza (lbf) = 4.4482 newtons (N)
- 1 pie. lbf = 1.35582 newton*m (N*m) = 1.35582 joules (J)
- 1 lbf/pulg2 abs = 6.89476 x 103 newton/m2 (N/m2)
- 1.8 °F = 1o K = 1 °C (centígrado o Celsius)
- El factor de proporcionalidad para la ley de Newton es
gc = 32.174 pie . lbm / lbf * s2
- El factor g, en unidades SI y cgs es 1.0 y se omite.
En el curso se emplea el sistema SI como conjunto primario de unidades. Sin

embargo, las ecuaciones importantes que se desarrollan en el transcurso del
mismo se expresan en dos sistemas de unidades, SI e ingles, cuando las
ecuaciones difieren. Algunos problemas de ejemplo y de estudio también usan
unidades inglesas.
Ecuaciones dimensionalmente homogéneas y con unidades consistentes:

Una ecuación dimensionalmente homogénea es aquella en la cual todos los
términos tienen el mismo tipo de unidades. Estas unidades pueden ser las básicas
o derivadas (por ejemplo, kg/s2*m o Pa).
Esta clase de ecuaciones puede usarse con cualquier sistema de unidades

siempre y cuando se utilicen idénticas unidades básicas o derivadas en toda la
ecuación. (No se requieren factores de conversión cuando se emplean unidades
consistentes.)
Se debe ser cuidadoso en el uso de ecuaciones, comprobando siempre su

homogeneidad dimensional, lo puede hacer así:
1. Seleccionar un sistema de unidades (SI, inglés, etc.).

2. Incluir las unidades de cada término y se comprueba su equivalencia, luego de
cancelar las que sean iguales en cada término
Formas de expresar Temperaturas y Composiciones:
Temperatura: Existen dos escalas de temperatura comunes en las industrias

química y biológica; los grados Fahrenheit (ºF) y Celsius (°C). Es muy frecuente
que se necesite obtener valores equivalentes de una escala a la otra.
34
Las temperaturas también se expresan en grados K absolutos (sistema SI) o

grados Rankine (°R) en vez de °C o °F, generalmente el valor de -273.15 °C se
redondea a -273.2 °C y el de -459.7 °F a -460 °F.
Celsius Farenheit Rankine Kelvin

Agua en
100 212 671.7 373.15
Ebullición
Fusión del
0 32 491.7 273.15
Hielo
Cero
- 273.15 -459.7 0 0
Absoluto
Tabla 2. Escalas y equivalencias de temperatura.
Para convertir de una escala a otra pueden usarse las siguientes ecuaciones:
°F = 32 + 1.8*(°C)
ºC=(1/1.8)(ºF-32)
Ecuación 1.
°R = °F + 460
K = °C + 273.15
Ecuación 2.
Unidades molares y unidades de peso y masa:
Existen muchos métodos para expresar las composiciones de gases, líquidos y

sólidos; Uno de los más útiles es el de las unidades molares, pues las reacciones
químicas y las leyes de los gases resultan más simples al expresarlas en unidades
molares. Además son necesarias e indispensables en el desarrollo de los
balances másicos.
Recordando un mol de una sustancia pura se define como la cantidad de dicha

sustancia cuya masa es numéricamente igual a su peso molecular. De esta
manera, 1 kg mol de metano, CH4, contiene 16.04 kg. Igal a 1.0 lbmol de metano
contiene 16.04 lbm de CH4.
La fracción mol de una determinada sustancia es el número de moles de dicha

sustancia dividido entre el número total de moles. Igualmente, la fracción en peso
o en masa es la masa de la sustancia dividida entre la masa total. Estas dos
35
composiciones que se aplican por igual a gases, líquidos y sólidos, pueden

expresarse como sigue para el componente A de una mezcla:
XA (Fracción mol de A)= moles de A / moles totales

WA (fracción másica de A) = masa de A/ masa total
Ecuación 3.
EJEMPLO 3: Un recipiente contiene 50 g de agua (B) y 50 g de NaCl (A). Calcule

la fracción en peso y la fracción mol de NaCl. Calcule también el valor lbm para
NaCl (A) y H20 (B).
Solución:
Se debe tomar como base de cálculo: 50 g de agua + 50 g de NaCl ó en otras
palabras 100 g de solución, luego se determinan los siguientes datos:
masa Fracción Peso Moles o Fracción
Componente
(g) Peso Molecular Gramos-mol molar
H2O (A) 50 WA= 50/100=0.5 18.02 50/18.02=2.78 XA=2.78/3.63=0.77
NaCl (B) 50 WB=50/100=0.5 58.5 50/58.5=0.85 XB=0.85/3.63=0.23
Solución
100 WA+B=100/100=1.0 2.78+0.85=3.63 0.77+0.23= 1.00
Total
Como se puede observar, XA = 0.23 y XB= 0.77 y XA + XB = 0.23 + 0.77 = 1.00.

Además, WA + WB= 0.5 + 0.5= 1.00.
Para calcular lbm de cada componente, el factor de conversión es 453.6 g por 1
lbm, Usando esto,
Nótese que los gramos de A en el numerador se cancelan con los gramos de A en

el denominador, quedando lbm de A en el numerador. Siempre debe tomarse la
precaución de incluir todas las unidades de la ecuación y cancelar las que
aparezcan en el numerador y en el denominador.
Los análisis de sólidos y líquidos generalmente se expresan como fracción en

peso o en masa o porcentaje en peso, y los gases en porcentaje o fracción mol. A
menos que se indique lo contrario.
Unidades de concentración para líquidos:
En general, cuando un líquido se mezcla con otro en el que sea miscible, los
volúmenes no son aditivos. Por consiguiente, las composiciones de los líquidos no
suelen expresarse en porcentaje en volumen sino como porcentaje en peso o
36
molar. Otra forma conveniente de expresar las concentraciones de los

componentes de una solución es la molaridad, que se define como el número de
g mol de un componente por litro de solución; Otras formas de expresar las
concentraciones como son: kg/m3, g/l, g/cm3, lbmol/pie3, lbm/pie3 y lbm/galón.
Todas estas medidas de concentración dependen de la temperatura, por lo que es

necesario especificarla. La forma más común para expresar la concentración total
por unidad de volumen es la densidad, kg/m3, g/cm3 o lb,/pie3. Por ejemplo, la
densidad del agua a 277.2 K (4 ºC) es 1000 kg/m 3 o 62.43 lb,/pie3.
Algunas veces la densidad de una solución se expresa como densidad relativa

(peso específico), que se define como la densidad de la solución a una
temperatura específica, dividida entre la densidad de una sustancia de referencia
a esa temperatura. Si la sustancia de referencia es el agua a 277.2oK, la densidad
relativa (peso específico) y la densidad de una sustancia son numéricamente
iguales.
Lección 7: Leyes de los gases y presión de vapor
Fuente:thermo.sdsu.edu/.../exClosedProcessesP.html
Las características a estudiar en esta lección tiene que ver con las propiedades de
los fluidos ya se los compresibles como son los gases e incompresibles como son
los líquidos, lo cual les da un comportamiento diferente a cada uno, por lo tanto lo
inicial es recordar las definiciones como presión y la ley de gases ideales.
Presión: Es una magnitud física que mide la fuerza por unidad de superficie, y
sirve para caracterizar como se aplica una determinada fuerza resultante sobre
una superficie; Existen muchas formas para expresar la presión ejercida por un
fluido o un sistema.
La presión absoluta de 1.00 atm es equivalente a: 760 mm de Hg a 0ºC, 29.921

pulg de Hg, 0.760 m de Hg, 14.696 lb fuerza por pulgada cuadrada (lbf/pulg 2 abs),
o 33.90 pies de agua a 4 ºC.
La presión manométrica es la presión por encima de la presión absoluta. De esta

manera, una presión manométrica de 21.5 lb por pulgada cuadrada (lb/pulg2) es
igual a 21.5 + 14.7 (redondeando) o 36.2 lb/pulg2 abs.
37
En unidades SI, 1 lb/pulg2 abs = 6.89476 x 103 pascales(Pa)= 6.89476 x 103

newtons/m2. Además, 1 atm = 1.01325 x 105 Pa.
En algunos casos, en especial cuando se trata de evaporación, puede expresarse

la presión como pulgadas de vacío de mercurio. Esto significa la presión en
pulgadas de mercurio medida “por debajo” de la presión barométrica absoluta. Por
ejemplo, una lectura de 25.4 pulg de vacío de Hg es 29.92 - 25.4, o 4.52 pulg de
Hg de presión absoluta.
Ley de los gases ideales: Un gas ideal se define como aquel que obedece a
leyes simples. Además, las moléculas gaseosas de un gas considerado como
ideal son esferas rígidas que no ocupan volumen por sí mismas y que no se
afectan mutuamente; Ningún gas real obedece estas leyes con exactitud, pero a
temperaturas y presiones normales de pocas atmósferas, la ley de los gases
ideales proporciona respuestas con bastante aproximación. Por consiguiente, esta
ley tiene una precisión suficiente para los cálculos de ingeniería.
La ley de los gases ideales de Boyle indica que el volumen de un gas es

directamente proporcional a la temperatura absoluta e inversamente proporcional
a la presión absoluta. Esto se expresa como:
pV = nRT
Ecuación 4.
Donde p es la presión absoluta en N/m2, V es el volumen del gas en m3, n es el

número de kg mol de gas, T es la temperatura absoluta en °K, y R es la constante
de la ley de los gases y tiene un valor de 8314.3 kg * m2/kg mol. s2. °K.
Cuando el volumen se expresa en pie3, n en lb mol y T en °R, el valor de R es

0.7302 pie3atm/lb mol T =°K; Para unidades cgs, V = cm3, T = °K, R = 82.057
cm3atm/g mol.°K y n = g mol.
Para comparar diferentes cantidades de gases, se deben tener estos en las

condiciones estándar o normales de temperatura y presión (abreviadas TPE o
CE) se definen arbitrariamente como 101.325 kPa (1.0 atm) abs y 273.15 °K (0
ºC). En estas condiciones, los volúmenes son:
Volumen de 1.0 kg mol (CE) = 22.414 m3

volumen de 1.0 g mol (CE) = 22.414 litros = 22 414 cm3
volumen de 1.0 lb mol (CE) = 359.05 pies3
EJEMPLO 4.Calcule el valor de la constante de la ley de los gases, R, cuando la

presión está en lb/pulg2 abs, las moles en lb moles, el volumen en pie 3 y la
temperatura en °R. Repita para unidades SI.
38
Solución: En condiciones estándar, p = 14.7 lb/pulg2 abs, V = 359 pies3 y T =460

+ 32 = 492 °R (273.15 °K). Sustituyendo en la ecuación 1-3 n = 1 .0 lb mol y
despejando R,
De la ecuación 4 puede obtenerse una relación muy útil para n moles de gas en
condiciones P1, V1, T1 y para condiciones P2, V2, T2. Sustituyendo en la
ecuación 4 se obtiene:
Ecuación 5.
Mezclas de gases ideales: La ley de Dalton para mezclas de gases ideales

enuncia que la presión total de una mezcla de gases es igual a la suma de las
presiones parciales individuales:
P = PA + PB + PC +. . .
Ecuación 6.
Donde P es la presión total y PA, PB, PC,. . . son las presiones parciales de los
componentes A, B, C,. . . de la mezcla. Puesto que el número de moles de un
componente es proporcional a su presión parcial, la fracción mol de un
componente es
Ecuación 7.
La fracción volumen es igual a la fracción mol. Las mezclas de gases casi siempre
se expresan en términos de fracciones mol y no de fracciones en peso.
Presión de vapor y punto de ebullición de los líquidos: Cuando un líquido se

introduce en un recipiente cerrado, las moléculas de dicho líquido se evaporan en
el espacio por encima de él y lo llenan por completo. Después de un tiempo se
establece un equilibrio. Este vapor ejerce una presión al igual que un gas y a esta
presión se le puede llamar presión de vapor del líquido. El valor de la presión de
vapor es independiente de la cantidad de líquido en el recipiente siempre y cuando
39
haya algo de líquido presente. La presión de vapor de un líquido aumenta

notablemente al elevarse la temperatura.
EJEMPLO 5. Sí la presión de vapor a 50 °C es 12.333 kPa (92.5 1 mm de Hg). A

100 °C, la presión de vapor aumenta en alto grado a un valor de 101.325 kPa (760
mm de Hg).
El punto de ebullición de un líquido se define como la temperatura a la cual la

presión de vapor del líquido es igual a la presión total. Por lo tanto, si la presión
atmosférica total es de 760 mm de Hg, el agua hierve a 100 ºC. En la cumbre de
una montaña alta, donde la presión es considerablemente más baja, el agua
hierve a temperaturas inferiores a 100 °C. La gráfica de la presión de vapor PA de
un líquido en función de la temperatura corresponde a la expresión:
Ecuación 8.
Donde m es la pendiente, b una constante para el líquido A y T la temperatura en

°K.
Lección 8: Conservación de masa y Balance de materia.
Fuente:http://edimae.blogspot.com/2007/06/fundamentos-de-ingeniera-i-balances-de.html
Conservación de la masa: Una de las leyes básicas de física es la ley de la

conservación de la masa. Esta ley, expresada en forma simple, enuncia que la
masa total de todos los materiales que intervienen en el proceso debe ser igual a
la de todos los materiales que salen del mismo, más la masa de los materiales que
se acumulan o permanecen en el proceso.
Entradas = Salidas + Acumulación

Ecuación 9.
En la mayoría de los casos no se presenta acumulación de materiales en el

proceso, por lo que las entradas son iguales a las salidas. Expresado en otras
palabras, “lo que entra debe salir”. A este tipo de sistema se le llama proceso en
estado estacionario.
40
Entradas = Salidas (estado estacionario)

Ecuación 10.
Balances de Materia
Fuente:www.estrucplan.com.mx/articulos/verarticulo.
Antes de aplicar la ley de conservación de la masa, se debe definir el esquema a
mostrar el proceso de las operaciones unitarias como es el diagrama de flujo del
proceso que es una representación gráfica de la secuencia de pasos que se
realizan para obtener un cierto producto.
En el deben estar indicadas todas las entradas y salidas del sistema y de cada
una de las subunidades en que se pueda dividir este, de manera que recoja la
información sobre las propiedades de las distintas entradas y salidas.
Figura 9. Diagrama de flujo.

Fuente: www.uc3m.es
Estos diagramas sirven para proporcionar información clara, ordenada y concisa
sobre el proceso global y sus diversas partes en el desarrollo de los balances de
masa y energía.
Un balance de materia es un inventario entre la masa que entra en el sistema y la

que sale. En estado estacionario (no hay variación con el tiempo) se plantea un
sistema de ecuaciones algebraicas lineales, mientras que en estado no
estacionario se planteará un sistema de ecuaciones diferenciales de 1 er orden con
el tiempo.
41
Lo primero que hay que determinar son los límites del sistema sobre el que se va
a efectuar el balance, sean estos reales o conceptuales. El balance se efectuará
sobre toda la materia que entre y salga del sistema (balance global) o sobre
aquellos compuestos, grupos atómicos o átomos (balances parciales) que
participen en el sistema. Aquellas sustancias que permanezcan invariantes
durante el proceso (gases inertes, sólidos no reactivos, etc.), servirán para
relacionar las entradas y salidas del sistema.
El número de ecuaciones a plantear debe ser igual al de componentes a

determinar (variables independientes), en caso de que se puedan plantear más
ecuaciones estas serán combinación lineal de otras.
Balances simples de materia: En esta sección se estudiarán los balances

simples de materia (en peso o en masa) en diversos procesos en estado estable
sin que se verifique una reacción química. Se pueden usar unidades kg, lb, lbmol,
g, kg mol, etc., conviene recordar la necesidad de ser consistentes y no mezclar
varios tipos de unidades en los balances.
Cuando intervienen reacciones químicas en los balances, deben usarse unidades

de kg mol, pues las ecuaciones químicas relacionan moles reaccionantes. Para
resolver un problema de balance de materia es aconsejable proceder mediante
una serie de etapas definidas, tal como se explican a continuación:
1. Trace un diagrama simple del proceso. Este puede ser un diagrama de

bloques que muestre simplemente la corriente de entrada con una flecha
apuntando hacia dentro y la corriente de salida con una flecha apuntando hacia
fuera. Incluya en cada flecha (en este caso una flecha por cada entrada)
composiciones, cantidades, temperaturas y otros detalles de la corriente. Todos
los datos pertinentes deben quedar incluidos en este diagrama.
Figura 10. Diagrama para caldera

Fuente: http://www.scielo.org.ar/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1851-30182005000100003
42
2. Escriba las ecuaciones químicas involucradas (si las hay).
Fuente: http://www.profesorenlinea.cl/fisica/Materiayenergia.htm
Figura 11. Ecuación química.
3. Seleccione una base para el cálculo. Que es la magnitud a la que referimos

todos los cálculos de un balance de manera arbitraria. La base de cálculo elegida
no influye en el valor de las variables intensivas (no dependen de la masa) y si en
el de las extensivas (dependen de la masa de referencia), aunque sobre lo que
afecta de una manera radical es en la complejidad de los cálculos a realizar.
Para la selección de una base de cálculo no hay unas reglas exactas, aunque hay
ciertas recomendaciones empíricas que ayudan en su selección:
a.- Se seleccionará aquella magnitud de la corriente de entrada o de salida de la
que más datos conozcamos.
b.- En sistemas discontinuos utilizar la masa o volumen (si no son gases) de
alguno de los componentes o corrientes que entra o sale del sistema en cada
ciclo.
c.- En estado estacionario usar como base de cálculo la unidad temporal a la que
se refieran las corrientes de entrada o salida.
d.- Cien unidades de alguna de las materias de entrada o salida, preferentemente
de aquella que no sufra reacción química.
4. Proceda al balance de materia. Las flechas hacia dentro del proceso

significarán entradas y las que van hacia fuera, salidas. El balance puede ser un
balance total del material, como en la ecuación 10, o un balance de cada
componente presente (cuando no se verifican reacciones químicas).
Algunos de los procesos típicos en los que no hay una reacción química son:
Secado, Evaporación, Dilución de soluciones, Destilación, Extracción; Y pueden
manejarse por medio de balances de materia con incógnitas y resolviendo
posteriormente las ecuaciones para despejar dichas incógnitas.
EJEMPLO 5. En el proceso de concentración de jugo de naranja, el zumo recién

extraído y filtrado que contiene 7.08% de sólidos en peso, se alimenta a un
evaporador al vacío. En el evaporador se extrae agua y el contenido de sólidos
aumenta al 58% en peso. Para una entrada de 1000 kg/h; Calcular la cantidad de
las corrientes de jugo concentrado y agua de salida.
43
Solución: Siguiendo las cuatro etapas descritas, se traza un diagrama de flujo del
proceso (etapa 1)
Figura 15. Flujo ejemplo 5.
Note que la letra W representa la cantidad desconocida o incógnita de agua y C es

la cantidad de jugo concentrado.
No hay reacciones químicas (etapa 2).
Base: 1000 kg/h de jugo de entrada (etapa 3).
Para llevar a cabo los balances de materia (etapa 4), se procede a un balance
total de materia usando la ecuación 10.
1000 = W + C
Ecuación 11.
Esto produce una ecuación con dos incógnitas. Por lo tanto, se hace un balance
de componentes con base en el sólido:
Ecuación 12.
Obsérvese que el término de la izquierda cuantifica los sólidos que entran con el
jugo, el primer término de la derecha representa los sólidos que salen con el agua
evaporada, que obviamente son cero; el segundo término de la derecha
corresponde a los sólidos que salen con el jugo concentrado. Para resolver estas
ecuaciones, primero se despeja C en la ecuación 12 pues W desaparece. Se
obtiene C = 122.07 kg/h de jugo concentrado.
Sustituyendo el valor de C en la ecuación 11:
1000 = W + 122.1
Despejando se obtiene W=877.93 kg/h de agua evaporada.
44
Para comprobar los cálculos, puede escribirse un balance del componente agua.
Al resolver se verifica la igualdad. En este proceso solo intervino una operación,

muchas veces se presentan varias de ellas en serie, en cuyo caso puede llevarse
a cabo un balance por separado de cada proceso y un balance para la totalidad
del proceso general.
Balance de materia y recirculación: En algunas ocasiones se presentan casos

en los que hay una recirculación o retroalimentación de parte del producto a la
corriente de alimentación.
Figura 13. Recirculación.

Fuente: http://www.sc.ehu.es/iawfemaf/archivos/materia/00071.htm
Por ejemplo, en una planta de tratamiento de aguas, parte de los lodos activados
de un tanque de sedimentación se recirculan al tanque de aireación donde se trata
el líquido. En algunas operaciones de secado de alimentos, la humedad del aire
de entrada se controla recirculando parte del aire húmedo y caliente que sale del
secador. En las reacciones químicas, el material que no reaccionó en el reactor
puede separarse del producto final y volver a alimentarse al reactor.
EJEMPLO 6. En un proceso que produce KNO3, el evaporador se alimenta con

1000 kg/h de una solución que contiene 20% de KNO 3, de sólidos en peso y se
concentra a 422 °K para obtener una solución de KNO3 al 50% de sólidos en peso.
Esta solución se alimenta a un cristalizador a 311°K, donde se obtienen cristales
de KNO3 al 96% de sólidos en peso. La solución saturada que contiene 37.5% de
KN03 de sólidos en peso se recircula al evaporador. Calcular la cantidad de
corriente de recirculación R en kg/h y la corriente de salida de cristales P en kg/h.
Solución:
45
Figura 14. Ejemplo 6.
Como base del cálculo usaremos 1000 kg/h de alimentación original.

No se verifican reacciones químicas.
Podemos efectuar el balance global del proceso (marco azul de la figura14) para
el KN03 y obtener directamente el valor de P,
1000(0.2) = W (0) + P (0.96)

P = 208.3 kg cristales/h
Para calcular la corriente de recirculación, podemos llevar a cabo un balance con

respecto al evaporador o al cristalizador (marco rojo de la figura 14). Efectuando el
balance en el cristalizador sólo existen dos incógnitas, S y R y se obtiene que:
S = R + P ----- S = R+ 208.3
Ecuación 13.
Para el balance de KN03 en el cristalizador,
S(O.50) = R(0.375) + 208.3(0.96)

Ecuación 14.
Sustituyendo el valor de S de la ecuación 13 en la 14 y despejando:
R = 766.6 kg, recirculado/h y S = 974.9 kg/h.
Resumiendo se tiene el siguiente cuadro; Donde E= entrada, C=consumo,

A=Acumulación, G=generación y S=salidas.
46
Lección 9: Energía y Calor
fuente:clisampa.com/imagenes/ciclo.jpg
Antes de estudiar la conservación de la energía (Unidad 2.), se dará una mirada a

los conceptos básicos de energía y calor como son;
Unidades de Energía: es necesario inicialmente comprender los diversos tipos de

unidades para la energía y el calor.
En el sistema SI, la energía se expresa en joules (J) o kilojoules (kJ). La energía

también se expresa en Btu, abreviatura de “British thermal units” (unidades
térmicas inglesas) o en cal (calorías).
La caloría gramo (abreviada cal) se define como la cantidad de calor necesaria

para calentar 1.0 g de agua 1.0 °C (de 14.5 °C a 15.5 °C). Otra unidad es la
kilocaloría, 1 Kcal = 1000 cal.
El Btu se define como la cantidad de calor necesaria para aumentar 1 °F la

temperatura de 1 lb de agua.
1 btu = 252.16 cal = 1.05506 kJ

47
Capacidad calorifica: Se define como la cantidad de calor necesaria para

aumentar la temperatura un grado de una unidad de masa de una sustancia, esta
masa puede expresarse para 1 g, 1 lb, 1 g mol, 1 kg mol o 1 lb mol.
Figura 15. Capacidad calorífica.
Por ejemplo, una capacidad calorífica expresada en unidades SI es J/kg mol°K: en

otras unidades es cal/g ° C, cal/g mol.°C, kcal/kg mol.°C, Btu/lbm.°F o
Btu/lbmol.ºF.
Se puede demostrar que el valor numérico de la capacidad calorífica es el mismo

en unidades de masa y unidades molares. Es decir,
1.0 cal/g.°C = 1.0 btu/lbm.°F

1.0 cal/g mol.ºC = 1.0 btu/lb mol.°F
Por ejemplo, para comprobar esto, supóngase que una sustancia tiene una
capacidad calorífica de 0.8 Btu/lbm.°F. La conversión se obtiene tomando 1.8 °F
por 1 °C o 1 K, 252.16 cal por 1 Btu y 453.6 g por 1 lbm, de la siguiente manera:
Las capacidades caloríficas de los gases (también conocidas como calores

específicos a presión constante, Cp, están en función de la temperatura y, para
cálculos de ingeniería puede suponerse que son „independientes de la presión
cuando se trata de pocas atmósferas. En la gran mayoría de los problemas de
ingeniería el interés radica en determinar la cantidad de calor que se requiere para
calentar un gas de una temperatura T 1 a otra T2. Puesto que el valor de Cp varía
con la temperatura, es necesario integrar o bien usar un valor promedio adecuado
de Cpm.
Existen datos experimentales de estos valores medios para una T 1 de 298°K o

25°C (77 ºF) y diversos valores de T 2 (como los que se muestran en la tabla 3) a
48
101.325 kPa de presión o menos, con el valor de Cpm expresado en kJ/kg mol°K,
a diferentes valores de T2 en °K o °C.
EJEMPLO 7: Una cierta cantidad de N2 gaseoso a 1 atm de presión se calienta en

un intercambiador de calor. Calcule la cantidad de calor necesario expresado en J,
para calentar 3.0 g mol de N2 en los siguientes intervalos de temperatura:
a) 298-673 K (25-400 °C)

b) 298-1123 K (25-850 °C)
c) 673-1123 K (400-850 °C)
Solución:
Para la parte a), la tabla 3 muestra los valores de Cpm a 1 atm de presión o
menos, que pueden usarse hasta varias atmósferas. Para N2 a 673 K, Cpm = 29.68
kJ/kg mol.K o 29.68 J/g mol.K. Ésta es la capacidad calorífica media para el
intervalo 298-673 K.
Ecuación 15
Sustituyendo los valores conocidos,
Calor necesario = (3.0) (29.68) (673 - 298) = 33390 J
Para la parte b), el valor de Cpm a 1123 K (obtenido por interpolación lineal entre
1073 y 1173 K) es 31.00 J/g mol.K.
Calor necesario = 3.0 (3 1.00) (1123 - 298) = 76725 J
Para la parte c), no existe capacidad de calor media para el intervalo 673-1123 K.
Sin embargo, se puede utilizar el calor requerido para calentar el gas de 298 a 673
K en la parte a) y restarlo de la parte b), lo cual incluye que el calor pase de 298 a
673 K, más 673 hasta 1123 K.
Calor necesario (673 - 1123 K) = calor necesario (298 - 1123 K)- calor necesario (298-673)
Ecuación 16
Sustituyendo los valores apropiados en la ecuación,
Calor necesario = 76725 - 33390 = 43335 J
Al calentar una mezcla gaseosa, el calor total requerido se determina calculando

primero el calor necesario para cada componente individual y sumando los
resultados. Las capacidades caloríficas de sólidos y líquidos también dependen de
la temperatura y son independientes de la presión.
49
3
.
Fuente: 0. A. Hougen, K. W. Watson y R. A. Ragatz. Chemical Process Principles Parte 1, 2a. ed., Nueva York, John Wiley
and Sons, Inc,. 1954.
EJEMPLO 8: En un intercambiador de calor se calienta leche entera de vaca

(4536 kg/h) de 4.4 °C a 54.4 °C, usando agua caliente. ¿Cuánto calor se necesita?
Solución: La capacidad calorífica de la leche entera de vaca se asimila al del

agua es 3.85 kJ/kg.K.
La elevación de la temperatura es ΔT = (54.4 - 4.4) °C = 50 K.
Calor necesario = (4536 kg/h) (3.85 kJ/kg . K) (1/3600 h/s) (50 K) = 242.5 kW
La entalpía, H, de una sustancia en J/kg representa la suma de la energía interna

más el término presión-volumen. Cuando no hay reacción y se trata de un proceso
a presión constante y un cambio de temperatura, la variación de calor que se
calcula con la ecuación 15 es la diferencia de entalpía, ΔH, de la sustancia, con
respecto a la temperatura dada o punto base. En otras unidades, H = btu/lb, o
cal/g.
Calor latente y tablas de vapor: Cuando una sustancia cambia de fase se

producen cambios de calor relativamente considerables a temperatura constante.
Por ejemplo, el hielo a 0 °C y 1 atm de presión puede absorber 6014.4 kJ/kg mol.
A este cambio de entalpía se le llama calor latente de fusión.
50
Cuando una fase líquida pasa a fase vapor con su presión de vapor a temperatura
constante, se debe agregar cierta cantidad de calor que recibe el nombre de calor
latente de vaporización.
Para el agua a 25 °C y una presión de 23.75 mm de Hg, el calor latente es 44 020

kJ/kg mol. Por consiguiente, el efecto de la presión puede despreciarse para
cálculos de ingeniería. Sin embargo, el efecto de la temperatura sobre el calor
latente del agua es bastante considerable; además, el efecto de la presión sobre la
capacidad calorífica del agua líquida es pequeño y puede despreciarse.
EJEMPLO 9: Determine los cambios de entalpía (esto es, las cantidades de calor
que deben añadirse) en cada uno de los siguientes casos en unidades SI y del
sistema inglés.
a) Calentamiento de 1 kg (lb,) de agua: de 21.11 °C (70 °F) a 60 °C (140 °F) a

101.325 kPa (1 atm) de presión.
b) Calentamiento de 1 kg (lb,) de agua: 21.11 °C (70 ºF) a 115.6 °C (240 ºF) y
vaporización a 172.2 kPa (24.97 lb/pulg2 abs).
c) Vaporización de 1 kg (lb,) de agua a 115.6 °C (240 °F) y 172.2 kPa (24.97
lb/pulg2 abs).
Solución:
En la parte a), el efecto de la presión sobre la entalpía del agua líquida es
despreciable. De tablas de vapor del agua
A 21.11 °C = 88.60 kJ/kg o a 70 ° F = 38.09 btu/lb,
A 60 °C = 251.13 kJ/kg o a 140 °F = 107.96 btu/lb,
El cambio de H = ΔH = 251.13 - 88.60 = 162.53 kJ/kg = 107.96 - 38.09 = 69.87

btu/lb,
En la parte b), de las tablas de vapor se encuentra que la entalpía a 115.6 °C (240
ºF) y 172.2 kPa (24.97 lb/pulg2 abs) de vapor saturado es 2699.9 kJ/kg o 1160.7
btu/lb,
El cambio de H = ΔH = 2699.9 - 88.60 = 2611.3 kJ/kg= 1160.7 - 38.09 = 1122.6

btu/lb
El calor latente del agua a 115.6 °C (240 °F) en la parte c) es 2699.9 - 484.9 =
2215.0 kJ/kg=1160.7 - 208.44 = 952.26 btu/lb.
Lección 10. Fundamentos de costos de producción
Para tener éxito con un producto industrial se debe desarrollar siempre la

estructura financiera por esto es muy importante definir y calcular el presupuesto
de producción, el cual, va desde la adquisición de la materia prima hasta la
transformación de la misma, con la utilización de los recursos técnicos,
51
tecnológicos y humanos que sean para la obtención de un producto útil. Esta

actividad termina con el almacenamiento de estos productos.
El Presupuesto de producción planea las siguientes actividades:

1.- Cantidad de unidades a producir de cada tipo de producto de materiales, mano
de obra y CIF necesarios para su elaboración. Estos están basados en los
balances de masa, la distribución de planta, los balances energéticos y
determinación de equipos auxiliares.
2.- El Presupuesto de producción es una estimación, con objetivos definidos, de la
cantidad de bienes a ser fabricados durante el periodo que abarca el presupuesto.
Para lo cual es necesaria la investigación de mercado.
3.- El presupuesto de producción es la base principal para la planeación de

necesidades de materias primas, necesidades de mano de obra, necesidades de
efectivo y costos de fabricación.
Un plan de producción debe contener:
1. Las necesidades totales de producción por producto.
2. Las políticas de inventarios de producción y productos en proceso.
3. La capacidad de la planta en funcionamiento y los límites de desviaciones
permisibles.
4. Políticas de expansión o contratación de la capacidad de la Planta.
5. Las compras de materias primas, su política de inventarios y disponibilidad de
MO.
6. El efecto de la duración del tiempo de procesamiento.
7. Los lotes económicos.
8. La programación de la producción a través del periodo de presupuesto.
Política de inventarios: Consiste en determinar el nivel de existencias

económicamente más convenientes para las empresas. Para llegar a establecer
una buena política de inventarios, se debe considerar los siguientes factores:
1. Las cantidades necesarias para satisfacer las necesidades de ventas.

2. La naturaleza perecedera de los artículos
3. La duración del periodo de producción.
4. La capacidad de almacenamiento
5. La suficiencia de capital de trabajo para financiar el inventario
6. Los costos de mantener el inventario
7. La protección contra la escasez de materias primas y mano de obra
8. La protección contra aumento de precios.
9. Los riesgos incluidos en inventario=> Bajas de precios.=> Obsolescencia de las
existencias.=> Pérdida por accidentes y robos=> Falta de demanda.
52
Cálculo del presupuesto de producción: Para la realización del presupuesto de

producción se debe tomar la información del presupuesto de ventas que es en
últimas el punto de partida de la presupuestación. Esta es la forma clásica del
cálculo del presupuesto de producción; pero se debe tener en cuenta también las
devoluciones y las pérdidas de calidad que se ocasionan en los procesos, también
es cierto que lo ideal es que no existieran estos inconvenientes en las plantas y
estos valores fueran cero (0).
Elementos del costo de producción: El presupuesto de producción es el lapso

inicial en la presupuestación de operaciones manufactureras. Además del
presupuesto de producción en unidades, hay otros tres presupuestos principales
que conforman los elementos del costo de fabricación.
1. Presupuesto de materiales: El presupuesto de materias primas generalmente

requiere los cuatro siguientes presupuestos:
a.- El presupuesto de materiales: este presupuesto especifica las cantidades
planeadas de cada materia prima necesaria para la producción según lo
determinado por los balances de materiales.
b.- El presupuesto de inventario de materiales: este presupuesto contiene la
política materias primas en términos de cantidades y costo. Se basa en lo que se
debe tener de remanente o stand-by.
c.- Presupuesto de compras: este presupuesto especifica las cantidades
estimadas a comprar, y el costo estimado para cada materia prima y las fechas de
entrega requeridas.
d.- Presupuesto de costos de materiales usados: Este presupuesto informa el
costo estimado de los materiales utilizados en el proceso de fabricación. Hace
referencia a lo consumido en una operación de fabricación.
Clasificación de los materiales: Los materiales usados en el proceso de

fabricación se clasifican tradicionalmente como directos e indirectos.
Cálculo del presupuesto de materiales:

1.- Los datos básicos necesarios para desarrollar el presupuesto de materiales
son:
a.- El presupuesto de fabricación (en unidades del producto).
b.- Las tasas estándares de uso por clase de materia prima y por producto. Se
define con la base de cálculo de los balances de materiales. O flujo de los mismos
en el proceso.
c.- La política de inventarios de materia prima (presupuesto de inventarios),
requiere la consideración de los mismos factores; los mismos enfoques y técnicas
para la toma de decisiones discutidas en el presupuesto de producción que se
53
relacionaban con la planificación y control de un equilibrio optimo entre ventas,

inventarios, producción.
d.- El presupuesto de compras se determina de la siguiente manera:
i.- El presupuesto de costo de materiales usados y el presupuesto relacionado del
inventario de materias primas de desarrolla utilizando uno de los métodos de
valoración de los materiales (Fifo, Lifo, promedio móvil y promedio ponderado).
2. Presupuesto de Mano de Obra Directa (MOD): Comprende los estimados de

las necesidades de mano de obra directa necesarias para producir los tipos y
cantidades de productos planeados en el presupuesto de producción. Este
presupuesto debe ser desarrollado en términos de hora de mano de obra directa y
de costo de mano de obra directa. Se determina según las operaciones unitarias y
de apoyo que tiene el proceso productivo, o sea se calcula según el diagrama de
proceso y complejidad de la producción.
• Clasificación: es necesario separar los costos de MOD de los costos de MOI por
las siguientes razones:
a.- Conocer la cantidad de HMOD necesaria
b.- Conocer el número de empleados requeridos para satisfacer le producción
c.- Conocer el costo de MOD por cada producto o unidad de proceso (operación
unitaria)
d.- Conocer las necesidades de efectivos. O sea por turno de trabajo.
e.- Establecer una base para el control ya sea dia, hora, mes,etc.
• Contenido:
1) Número de HMOD=> Por responsabilidad=> Por periodo: control
2) Costo de MOD=> Por productos: costos
3. Presupuesto de Costos Indirectos de Fabricación (CIF): Los CIF son todos

los costos que no están clasificados como mano de obra directa ni materiales
indirectos: Aunque los gastos de venta, generales y de administración también se
considera como gastos no forman parte de los costos indirectos de fabricación.
El presupuesto de CIF se divide en tres partes principalmente:

a.- Presupuesto de insumos: o Presupuesto de Consumo de Insumos: materiales
adicionales para la presentación y entrega del producto químico.
b.- Presupuesto de Inventario de Insumos
c.- Presupuesto de Compras de Insumos
d.- Presupuesto de Insumos Usados
Estos presupuestos se calculan de forma idéntica a los presupuestos de material.
e.- Presupuesto de Mano de Obra Indirecta (MOI): Se determina dependiendo del

54
organigrama de la empresa, es decir que la mano de obra directa o indirecta se

identifica plenamente en éste. Son los colaboradores que apoyan la producción.
f.- Presupuesto de otros CIF: En este Presupuesto se incluye gastos de papelería,

servicios públicos, depreciaciones, arriendos y todos los demás gastos en que
incurre la organización pero únicamente en la planta de producción.
TALLER.

donde se presenten cambios en la masa y en la energía.
2.- Para el producto químico escogido determine las cantidades de materia y

energía que se requieren para su elaboración.
3.- Con la receta de cocina escogida en el taller anterior determine las cantidades
másicas necesarias empleando el sistema internacional de medidas y seleccione
los equipos necesarios para transferencia de energía.
55
CAPITULO 3. OPERACIONES CON FLUIDOS
fuente:www.fer-es.com/series/ggnk40n/fluidos.jpg
En este capítulo se estudiará las operaciones unitarias que involucran fluidos,

pero antes se observarán las características, propiedades y leyes que rigen a
estos fluidos.
También se estudiarán algunos procesos con fluidos y lso equipos necesarios

para su control y operación.
Lección 11: características y propiedades de los fluidos
fuente:www.andaluciaimagen.com/Fluidos_13424.jpg
Un fluido puede definirse como una sustancia simple o compuesta, que ante los
esfuerzos responde con un alto grado de deformación. Los esfuerzos pueden ser:
Normales, cuando se aplican en sentido perpendicular al plano del fluido
De corte o cizalladura, cuando se aplican en sentido tangencial al del plano del
fluido.
Figura16. Esfuerzo de corte o cizalladura.

fuente:www.ffyb.uba.ar/.../image001.gif
56
Un fluido posee la forma del recipiente que lo contiene y cualquier pequeño

esfuerzo de cizalladura produce en los fluidos una deformación inelástica (es decir
que al retirar el esfuerzo el fluido queda deformado) muy grande. La magnitud de
los esfuerzos de cizalladura o corte, necesarios para producir el cambio de forma
de un fluido, depende únicamente de la viscosidad del mismo y de la rata de
“resbalamiento”. Ajustándose a estas consideraciones, los gases y líquidos
constituyen los fluidos.
Características específicas de los fluidos son la viscosidad, la tensión superficial y

la capilaridad, propiedades que son función de la temperatura y cuyas variaciones,
al igual que las variaciones de otras propiedades como la densidad, calor
específico, etc., pueden ser despreciables o muy amplias. En el caso de la
densidad, su variación, con la temperatura en la mayoría de los líquidos es
pequeña y puede asumirse despreciable, fluidos de esta clase reciben el nombre
de incompresibles, en tanto que aquellos cuya densidad varía ampliamente con
la temperatura, como el caso de los gases, recibe el nombre de compresibles.
Para el caso de la densidad, también la presión incide y causa cambios muy

apreciables, aún para algunos líquidos; el comportamiento de estos, es el de
fluidos compresibles (como algo excepcional), en tanto que algunos gases, que
sufren pequeños cambios en presión y temperatura, actúan como fluidos
incompresibles. El estudio de los fluidos puede orientarse a dos aspectos acorde
al estado de reposo o movimiento de ellos.
La fluidostática estudiará los fenómenos de los fluidos en reposo; para el caso de
los líquidos recibe el nombre de Hidrostática, en tanto que para los gases se
denominará Neumática; La fluidodinámica estudiará los fenómenos del
movimiento relativo de los fluidos respecto a otros cuerpos.
Fluidostática
fuente:www.personalweb.unito.it/.../images/stevino.jpg
Es el estudio de los fluidos en reposo comprende el análisis de fuerzas que actúan

en una columna de fluidos y sus aplicaciones en aparatos de medida. Cuando los
fluidos están en reposo dentro de un recipiente, el cuerpo del fluido está en
equilibrio estático y es sujeto únicamente a fuerzas de compresión. Considerando
cualquier superficie dentro de un fluido en reposo, imaginémonos un plano que
pasa por cualquier punto del fluido y en cualquier dirección.
57
Sobre esta superficie o plano actúan fuerzas de compresión, cuyas líneas de

acción son perpendiculares al plano y dado que el fluido está en equilibrio, existen
fuerzas a uno y otro lado de la superficie, paralelas a ella y también en equilibrio.
Presión: En los fluidos se determina tomando una columna de un fluido cualquiera

en estado de reposo, se encuentra que, para un plano paralelo a la base, la
presión es constante y se denomina presión estática, siendo sus unidades kg/cm 2,
dinas/cm2 ó lb/ft2, leyéndose ésta última como libras por pie cuadrado.
Figura 16. Columna de fluido

fuente:www.educando.edu.do/.../ecuacion/fluido_4.gif
La presión estática para una altura h, depende del peso que soporta el área a esa
altura h; es decir, la presión para un punto varía con la altura de la columna que
está por encima de dicho punto. La presión estática para un punto dado, dentro de
un plano del fluido, tiene exactamente el mismo valor en todas las direcciones y, a
la vez, el punto ejerce igual presión sobre sus alrededores y en todas las
direcciones.
Presión estática: Consideremos la columna de fluido en la figura 16, cuya altura

es h y con un área A. Sobre dicha columna se ejerce la presión atmosférica P o.
Las fuerzas que actúan sobre el punto 0 son las correspondientes a la de la
presión atmosférica y el peso de la columna de fluido o sea
F = PoA + Mg
Ecuación 17.
Siendo M el peso de la columna del líquido. Pero, a la vez, peso es igual a

volumen V por densidad ρ, M = Vρ y V = hA, luego
F = PoA + Vρg = PoA + ρghA.
A la vez, la presión es la fuerza sobre el área en la cual está el punto 0, la presión

estática es:
= P0 + ρgh
Ecuación 18.
De esta ecuación concluimos que la presión P depende, para un fluido dado, sólo
de la profundidad h. Basado en esta propiedad, Torricelli determinó
58
experimentalmente la presión que causa la capa gaseosa conocida como

Atmósfera sobre una superficie a nivel del mar, universalmente se ha impuesto
esta unidad, la presión atmosférica es de 760 mm de Hg.
Presión manométrica (gauge pressure): La presión manométrica de un fluido es

la presión propia del mismo, sin tener en cuenta la presión atmosférica. Para el
caso de la figura 16, la presión manométrica es:
P = ρgh
Ecuación 19.
Presión absoluta (absolute pressure): Es la verdadera presión o presión total

del fluido y es igual a la presión manométrica más la presión atmosférica.
EJEMPLO 10. Encuentre el valor en dinas/cm2 de la presión atmosférica; la

densidad del mercurio es 13,6 g/cm3.
Solución: La presión atmosférica es de 760 mm de Hg, equivalente al peso de la

columna de mercurio.
P = ρgh reemplazando valores

p = 13,6 (g/cm3) X 980 cm/s2 X 76 cm
P = 1012900 dinas / cm2 ó 1,013 X 106 dinas / cm2
En Newton/m2 la presión es 1,013 X 105 Nt/m2 equivalente a 1033 Kg/m2.
El valor de la presión atmosférica varía con la altura sobre el nivel del mar, ya que
Equilibrio Hidrostático: Se ha estudiado que la presión estática para un punto

dado en un fluido, depende de la altura y es un valor constante en toda el área
paralela a la superficie terrestre. Refiriéndonos a la figura 16 una columna del
fluido que tiene densidad ρ kg/m3, presenta un área transversal de A m 2,
soportando a una altura h, m, una presión P kg/m 2. Para un volumen infinitesimal,
, del fluido, con área A y altura , actúan fuerzas de compresión que están
equilibradas en todas las direcciones. Igualmente actúa la fuerza de gravedad,
que está contrarrestada por la reacción del fluido que se encuentra debajo del
volumen infinitesimal. Expresando matemáticamente las fuerzas que actúan,
tenemos:
a) Peso de la columna del fluido que se encuentra por encima del elemento ,
es igual
Fa = PA
b) La reacción de la columna de fluido que está por debajo del elemento es

igual a
59
Fb = (P + )A
Donde es la presión causada por la altura del elemento de volumen

escogido y
c) El peso del elemento de volumen (por acción de la gravedad) y que es igual

a masa por gravedad o:
Fc = (ρg/gc) equivalente a Fc = (ρg/gc) A
Dado que el elemento de volumen está en equilibrio, la sumatoria de fuerzas

que actúan sobre él debe ser igual a cero, luego
PA + (ρg/gc )A – (P + )A=0
Ecuación 20.
Simplificando por A y reagrupando
= ρg/gc
Ecuación 21.
Considerando que la densidad ρ del fluido no varía sensiblemente con la altura,

como en el caso de fluidos no compresibles; la ecuación 21 puede ser integrada
para dos alturas conocidas h1 y h2, obteniendo la expresión:
P2 – P1 = (ρg/gc )(h2 – h1)

Ecuación 22.
Ecuación que expresa matemáticamente el equilibrio hidrostático.
Ecuación barométrica: En los gases se aplica la llamada ecuación barométrica

para establecer la relación de presiones para dos puntos dados; la presión y la
densidad de un gas ideal se relacionan por la ecuación:
Ecuación 23.
Siendo M el peso molecular y T temperatura absoluta; de la ecuación 21,

reemplazando a ρ
Con T constante, e integrando entre los estados 1 y 2 obtenemos:
60
Ecuación 24.
Ecuación conocida con el nombre de Ecuación Barométrica.
Decantación: Esta operación unitaria física emplea las densidades, pesos y

presión entre los fluidos, ya que ciertas operaciones dinámicas ocurren tan
lentamente que pueden considerarse como estáticas. Tal es el caso de la
separación de líquidos no miscibles en grandes tanques. Para esta operación
específica los principios de la Hidrostática pueden ser aplicados sin que ocurra
una desviación incidente en los resultados obtenidos. Como en el caso de la
sedimentación, la operación se fundamenta en el efecto de la gravedad, y en las
densidades diferentes de las sustancias a separar y entre mayor sea la diferencia
de densidad, ocurre más pronto la separación o el tamaño del recipiente sería
menor. Algunos equipos para esta operación son:
Decantador continuo: La figura 18 presenta un decantador continuo, empleado

en la separación de líquidos no miscibles. La operación se basa en la
extremadamente baja velocidad de los líquidos en el tanque; al tomar tubos de
rebose o de descarga de un diámetro lo suficientemente ancho para que la fricción
en ellos sea baja, la presión en el nivel del líquido superior será igual a la presión
de la descarga.
Figura 18. Decantador Continuo

fuente:www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizale
EJEMPLO 11: En la industria de aceite de pescado, se debe separar por

decantación una mezcla de una parte de aceite cuya ρ es 0,807 g/cm 3 y tres
partes de agua con ρ de 1,010 g/cm 3. el proceso de extracción se hace con base
en cochadas de 40 toneladas de líquido cada hora, tiempo adecuado para la
decantación. Determinar:
a) Las dimensiones de un tanque cilíndrico con diámetro igual a 0,75 de su altura.
b) La altura de la tubería de descarga para el agua.
Solución:
a) El volumen se determina con base en la capacidad de líquidos contenidos;
llamando Vt el volumen total del líquido, Vb el volumen de aceite y Va el volumen
de agua.
Vt = Vb + Va a la vez Va = 3 Vb
Luego
61
Vt = 3 Vb + V b = 4 V b
Y, masa total = masa aceite + masa agua
MT = Ma + Mb = ρa Va + ρbVb = 40 ton
Reemplazando: 0,807 Vb + 1,010Va = 40 (teniendo densidades en ton/m3 y siendo
Va = 3Vb)
0,807 Vb + 1,0103 (3 Vb) = 40
3,837 Vb = 40
Vb = 10,425 m3
Vt = 4 X 10,425 = 41,7 m3.
Este volumen es el del líquido a contener en el tanque.
Generalmente a los tanques que son abiertos y están a la presión atmosférica se

les deja una cámara libre (espacio que no se ocupa) del 10 al 15% del volumen
total; es decir, el volumen útil es del 85% al 90% del volumen total. Tomando una
cámara libre del 10%, el volumen del tanque VT será:
VT = D2h / 4 como D = 0,75 h.

VT = 0,140625 h3 = 46,33
h3 = 104,876
h = 4,72 m
d = 3,54 m
un tanque con estos datos da un volumen de 46,45 m 3.
b) Para determinar la altura (Zc) de la tubería de descarga se toma el volumen real

del líquido 41,7 m3.
La altura total del líquido será:

ZT = 4V / D2 = 4 X 41,7 / X (3,54)2 = 4,24 m
La altura de la interface se calcula acorde al volumen de agua:
Va = 3 VT / 4 = 0,75 X 41,7 = 31,28 m3

Za = 4 X 31,28 / X (3,54)2 = 3,18 m.
Ya con estos valores se desarrolla:
Zc = Za (1 - ρb/ρa) + ZT (ρb / ρa) = 3,18 (1 – 0,807/1,01) + 4,24 (0,807/1,01) m

Zc = 3,18 (1 – 0,799) + 4,24 (0,807/1,01) m = 4,02 m
62
Lección 12. Propiedades de los fluidos.
Fuerza del peso del fluido: Para el caso de una columna de fluido, el peso de
éste ejerce sobre un área plana una fuerza total:
F = P A = ρgh X A
Ecuación 25.
Medidores de presión: Según las anteriores consideraciones se debe tener en

cuenta los equipos de medición de presión de fluidos para garantizar sus
características y la seguridad de la planta como la velocidad dereacción de los
mismos, entre algunos medidores se tienen:
Manómetros de columna de líquido: El manómetro es el aparato más sencillo

para medir la presión y se ajusta a la propiedad de que la presión para un punto
dado es función de la profundidad, consta de un tubo en U que contiene un líquido
uno de sus extremos abierto y por consiguiente soporta la presión atmosférica
(P0), el otro extremo se conecta a un sistema, cuya presión (P) se desea medir, la
ecuación característica del manómetro es:
26
.
19
Esta diferencia, P – Po, constituye la presión manométrica y puede ser medida

directamente en el aparato, tomando una escala y divisiones apropiadas para h.
Manómetro diferencial: Un segundo tipo de manómetro es el llamado diferencial,

basado exactamente en el mismo principio de la columna de líquido. El
manómetro diferencial consta de un tubo en U, en el cual se ha introducido una
porción de un líquido A de densidad pa, y un líquido B, inmiscible A, y de densidad
63
pB menor que pa; el líquido A por ser más denso, ocupará la parte inferior del tubo
en U.
20
27
La medida P1 - P2, es independiente de las dimensiones del tubo en U.
Manómetro de tubo cerrado, en U: Usando como líquido manométrico el

mercurio, se tienen los tubos en U cerrados para medir exactamente la presión
absoluta de un fluido. Existiendo un vacío perfecto en el extremo cerrado de la U
como se aprecia en la figura 21. La escala se marca directamente en kg/cm2,
atmósferas o libras/ in2 (psi) absolutas.
Figura 21 Manómetro de mercurio de tubo cerrado en U

fuente:(http://html.rincondelvago.com/files/9/5/2/000459520.png)
64
Barómetro de mercurio: Este aparato, Figura 22, indica directamente la presión

absoluta, en términos de la altura de la columna de mercurio. La presión
barométrica normal es de una columna de 760 mm de mercurio a 0°C, equivalente
a 1 atm. Cuando la escala se ha marcado para lecturas a 0°C, a diferentes
temperaturas debe hacerse uso de los factores de corrección adecuados.
Figura 22. Barómetro de Mercurio.

fuente:www.inamhi.gov.ec/imgs/dic/barome.gif
Manómetro mecánico: Los aparatos de más amplio uso actualmente son los
manómetros mecánicos o manómetros de tubo Bourdon, consisten en un tubo
metálico oval enrollado en forma circular, con un extremo sellado. El efecto de la
presión en el tubo causa una flexión y un desplazamiento con un arco de ángulo.
Un mecanismo sujeto a una aguja hace que ésta gire e indique en una escala,
previamente graduada, la presión soportada.
Figura 23. Manómetro mecánico.

fuente:www.sapiensman.com/.../images/manometro3.jpg
Los manómetros mecánicos deben ser calibrados periódicamente, ya que las
flexiones periódicas en el tubo oval pueden causar deformaciones que, aunque
pequeñas, pueden ser permanentes y afectan las lecturas de la presión.
65
Igualmente, hay limitaciones por efectos de temperaturas que causan dilataciones

del material.
FIGURA 24. Manómetros mecánicos.
Flotación: Numerosos cuerpos de diferentes formas y pesos flotan en líquidos.

Otros, como el caso de los globos inflados con Helio, ascienden en la atmósfera.
También, numerosos cuerpos quedan suspendidos en los líquidos o en los gases.
Un cuerpo liviano, como un trozo de madera o un corcho, flota en agua y se
requiere de una fuerza para llevarlo al fondo de un recipiente; al suspender la
fuerza el cuerpo sube de inmediato a la superficie. El líquido está ejerciendo sobre
el cuerpo una fuerza que evita que él vaya al fondo.
Figura 25. Esquema de flotación de un cuerpo
Refiriéndose a la figura 25, en el recipiente se tiene un líquido de densidad ρ; en él

se encuentra un cuerpo a una profundidad h de la superficie del líquido y en
completo reposo. Haciendo un balance de fuerzas sobre el cuerpo, la fuerza
resultante se llama fuerza de empuje
FE = -gV
Ecuación 28.
El volumen del bloque es igual al volumen de líquido que el cuerpo ha desplazado
66
y la fuerza de empuje FE se define como “el peso del volumen del líquido
desalojado” y es el volumen del cuerpo que se hunde.
El principio de Arquímedes se emplea en operaciones de separación de sólidos
acorde a la densidad como flotación o sedimentación.
Fluidodinámica
fuente:cfd.enginsoft.it/immagini/fluidodinamica1.gif
Los fluidos, tanto líquidos como gases y vapores, son manejados en la industria
bajo condiciones de movimiento y únicamente están en la condición estática
cuando son almacenados en recipientes apropiados. La Dinámica de los fluidos
estudia el comportamiento de ellos cuando están en movimiento y cómo este
comportamiento se relaciona con fuerzas aplicadas.
Los Fluidos tienen diferentes formas de reaccionar cuando están sometidos a

esfuerzos tangenciales, y ello da bases para el estudio de la dinámica de los
fluidos. Cuando un fluido se mueve a través de un canal cerrado de cualquier
forma de sección, puede hacerlo en dos formas con características muy definidas.
Como se verá más adelante. Fue Osborne Reynolds, quien en 1883 realizó una
serie de experimentos que permitieron definir y visualizar las dos formas del
movimiento de un fluido: flujo laminar o flujo viscoso, a bajas de velocidades de
desplazamiento del fluido y flujo turbulento, para velocidades mayores, la
velocidad a la cual el fluido cambia su régimen de movimiento se llama velocidad
crítica.
Viscosidad: Los fluidos presentan una propiedad conocida como fluidez,

consistente en que, bajo una fuerza, se deforman inelástica y permanentemente;
en general, aunque no resisten esfuerzos de cizalladura, presentan una cierta
resistencia a las fuerzas cortantes. Al considerar una capa de fluido, ella presenta
una cierta resistencia al moverse sobre otra, por lo tanto se requiere de una fuerza
para hacer que la capa se mueva y adquiera una velocidad dada. La resistencia,
que existe en los fluidos, a las fuerzas que producen la fluidez, se denomina
viscosidad.
67
Figura 26. Placas paralelas de un fluido
Viscosidad absoluta: Tomemos en un fluido dos capas que se entran a una

distancia de L cm y cada una de ellas con una superficie de A cm2. (Ver figura 26).
Al suponer que la capa superior se mueve con una velocidad de v cm/s respecto a
la capa inferior, se establece que es necesario aplicar una fuerza F en dinas para
mantener la velocidad v de la capa superior. Se ha encontrado que la fuerza F es
directamente proporcional a la velocidad v y a la superficie A e inversamente
proporcional a la distancia L. Experimentalmente se establece que
Ecuación 29.
Donde μ, constante de proporcionalidad, es la Viscosidad absoluta, que puede

expresarse mediante la ecuación
Ecuación 30.
Dimensionalmente la ecuación se expresa:
(ML/T2)L/(L/T)L2 = M/LT ó ML–1 T-1

En el sistema internacional las unidades de μ serán g.cm-1.s-1 denominados Poise
en honor a Poiseulli, científico francés quien efectuó investigaciones
fundamentales sobre viscosidad y comportamiento de los fluidos. Para la mayoría
de los fluidos, el valor de la viscosidad en Poises es muy bajo, del orden de
centésimas o milésimas de Poises; por tal razón que se ha universalizado el uso
del centipoise como unidad de viscosidad, es equivalente a 10 -2 poises. Por
ejemplo, el agua a una temperatura de 20°C tiene una viscosidad de 0,0100
poises y se acostumbra a expresar que la viscosidad del agua es de 1 centipoise a
esa temperatura.
Viscosidad relativa: Es la viscosidad de un fluido relacionada con la viscosidad

del agua a 20°C y tiene como una unidad el centipoise. La viscosidad relativa es
numéricamente igual a la viscosidad absoluta, cuando ésta se expresa en
centipoises. En el sistema inglés, la unidad de viscosidad no tiene nombre sino su
68
expresión dimensional libra masa sobre pie segundo (lb-masa/ ft-s); un centipoise
es igual a 0,0672 lb-masa/ft-s. Algunas veces en el sistema ingles se acostumbra
a usar lb-masa / ft hr y un centipoise es igual a 2,42 lb-masa / ft hr.
Viscosidad Cinemática: Para un fluido de densidad ρg/cm3 y viscosidad

absoluta μ poises, la viscosidad cinemática ν es la relación viscosidad absoluta
sobre densidad.
ν=μ/ρ cm2/s
Ecuación 31.
La unidad de la viscosidad cinemática es el Stoke es igual a 1 cm2/s
Fluidos newtonianos y no newtonianos: Los fluidos Newtonianos son los que

obedecen a la ley de Newton de viscosidad:
yx = μ(- vx/ y) = μ
Ecuación 32.
Donde yx es el esfuerzo cortante actuando sobre un plano perpendicular a y en

la dirección x (Pa), = (- vx/ y) : gradiente de velocidad (s -1) y μ es la viscosidad
(Pa. s). Ciertos fluidos, incluidas muchas pastas, suspensiones, emulsiones y
mezclas de materiales viscosos se llaman Fluidos no newtonianos, ya que no se
comportan de acuerdo a la ecuación 32. En los fluidos no newtonianos la
consistencia del fluido es función del esfuerzo cortante, lo mismo que de la presión
y temperatura y, normalmente, se dividen en tres clases:
1) Aquellos cuyas propiedades son independientes del tiempo o duración del

esfuerzo.
2) Aquellos cuyas propiedades son dependientes de la duración del esfuerzo.
3) Los que exhiben características de sólidos. A la vez existen divisiones como
Independientes del tiempo: Plásticos Bingham

Pseudoplásticos
Dilatantes
Dependientes del tiempo: Tixotrópicos

Reopécticos
Viscoelásticos: Poliméricos
Reologísticos
69
Lección 13. Ecuación de Continuidad
fuente:www.monografias.com/trabajos6/vuco/Image1837.gif
La ley de conservación de la materia es base fundamental para el estudio del flujo

de fluidos y permite establecer una importante relación en el flujo de una corriente
en un tubo. Consideremos un fluido que ingresa a un tubo cuya sección circular
tiene una área Sa, el fluido inicialmente tiene una velocidad Va y densidad ρa y sale
por una sección Sb del mismo tubo, con velocidad Vb y densidad ρb. Ver figura 27
Figura 27. Ecuación de continuidad.
La masa del fluido que entra por unidad de tiempo, será igual a la masa que sale
por unidad de tiempo. Llamando w la rata de flujo, en masa por unidad de tiempo,
se tiene
W = ρavasa = ρbvbsb
Ecuación 33.
De la consideración anterior (masa que entra igual a masa que sale) se tiene,
generalizando
Ecuación de continuidad W = v ρ s = Constante

Ecuación 34.
Cuando la sección del tubo es bastante grande, la velocidad v no es la misma

para todos los puntos de la sección, razón por la cual es necesario tomar la
70
velocidad promedio en la misma. La velocidad de flujo de masa a través de un

área diferencial situada en la sección del tubo es:
w=vρ s
Integrando:
w = v ρ ∫ ds
La velocidad promedio, se define por
Ξ = W / ρs = q / s
Ecuación 35.
Donde q es la rata o tasa volumétrica de flujo, en m3/s, cm3/s o m3/hr.
Reemplazando se establece:
v = W/ρS = v ∫ s/s
Que es la relación existente entre la velocidad promedio Ξ y la velocidad local v.

Estas dos velocidades llegan a ser iguales solamente si la velocidad local v es
igual en todos los puntos de la sección del tubo.
La ecuación de continuidad, para el flujo en un tubo de sección finita, se establece:
W = ρa vasa = ρbvbsb=ρvs= constante
Es de uso universal las tuberías de sección circular, cuya área s es D2/4

expresándose la ecuación para esta tubería como:
W=ρava /4 Da2= ρbvb /4Db2
A la vez
ρava=(Db/Da)2ρb Vb
Con unidades en el sistema internacional de

ρ en kg / m3 ó g/cm3
D en m ó cm
v en m/s ó cm/s
W en kg/s ó g/s
Introduciendo el término G, velocidad de masa, en la ecuación 35
v ρ = W/s = G
Ecuación 36.
71
Esta relación W /s se conoce como Velocidad de masa G y es la relación de rata

de flujo dividida por el área de la sección del tubo, sus unidades son kg / m 2.s. ó g
/cm2.s. Siendo independiente de la presión y temperatura; es muy importante el
uso de la velocidad de masa en el estudio de los fluidos comprensibles, los cuales
tienen densidades y ratas volumétricas que varían significativamente con la
presión y la temperatura.
EJEMPLO 12. Un líquido con densidad 0,8 g /cm3 fluyen a través de un sistema
de tuberías como se indica en la figura:
La tubería A tiene diámetro de 4” y calibre 80

La tubería B tiene diámetro de 3” y calibre 80
Las tuberías C tienen diámetro de 1 (1,5)” y calibre 40
A la tubería A entran 200 litros del liquido por minuto;
Determinar: a) La rata de flujo (kg / hr) en cada una de las tuberías
b) La velocidad lineal promedio (m/s) en cada tubería, y
c) La velocidad de masa (kg/ m2 .hr) igualmente para cada tubería

Solución
Para aplicar las fórmulas se requiere conocer el área seccional de cada tubería.
Se tiene:
Sa = Área de tubería A = 7,419 x 10-3m2
Sb = Área de tubería B = 4,766 x 10-3m2
Sc = Área de tubería C = 1,314 x 103m2
a. La rata del flujo ( kg / hr ) se obtiene a partir de una rata volumétrica de flujo q :

q = 200 l/min x 60 min/hr x 10-3m3/l= 12 m3/hr
como ρ = 0,8 g/cm ó 800 kg/m3
3
w = q ρ = 12 m3/hr x 800 kg/m3 = 9600kg/hr

Esta rata de flujo es exactamente igual para las tuberías A y B; para la tuberías C,
la, rata de flujo se reparte y como son de igual diámetro, la rata de flujo será la
mitad.
WC = 1/2WA + 1/2WB = 4800 kg/hr
72
b. La velocidad promedio lineal se determina a partir de la ecuación 35 tomando

bien sea q ó w en m3/s ó kg/s, empleando q:
Para Vc se toma q como 6 m3 /hr, ya que el flujo se ha dividido en dos tuberías

iguales.
Puede apreciarse que, para una misma rata de flujo (casos de tubería A y B),
cuando se disminuye el diámetro de la tubería, aumenta la velocidad del fluido.
c. La velocidad de masa se calcula mediante la ecuación 36
Número de Reynolds – NRe ó Re:
Profundizando en sus estudios, Reynolds encontró que la velocidad crítica

depende del diámetro del tubo, la velocidad lineal promedio del fluido, su densidad
y su viscosidad.
73
Encontró que estos cuatro factores pueden ser agrupados y que el cambio del tipo
de flujo ocurre para una magnitud dada de los factores agrupados. Así:
NRe
Ecuación 37.
Donde D = diámetro inferior del tubo

v = velocidad lineal promedio del fluido
μ = viscosidad del fluido
ρ = densidad del fluido
Para el manejo de esta ecuación debe tenerse en cuenta que el diámetro interior
de una tubería es muy diferente al diámetro nominal de la misma. Dado un
diámetro nominal y especificado el calibre de la tubería (grosor de la misma, es
una cifra arbitraria), en tablas se encuentra el diámetro interior para tuberías de un
material dado.
Por ejemplo para una tubería en acero de 2” de diámetro y calibre 80, el diámetro
interior es 1,939”.
La velocidad promedio del líquido es la rata de flujo o volumen de flujo dividido por
el área seccional de la tubería; esta área seccional, igualmente se encuentra en
tablas para un diámetro nominal dado.
Para el número de Reynolds se puede emplear la velocidad masa del fluido G, en

g/cm2.s, ya que
G = Eρ (cm/s x g/cm3), g/cm2.s
NRe
Ecuación 38.
La viscosidad del fluido μ, se refiere a la viscosidad absoluta; aunque también

puede emplearse para hallar el NRe la viscosidad cinemática, recordando que ν‟ =
μ/ ρ stokes ó cm2/s
NRe
Ecuación 39.
El numero de Reynolds es una cifra adimensional (no tiene unidades).
74
EJEMPLO 13. Agua a 38°C fluye a través de una tubería de 4” de diámetro,

calibre 40 a una rata de 23,5 l / min. Determine el NRe.
Solución:
De las tablas para una tubería de 4” cal 40: D1 = 4,026 pulgadas y el área
seccional es 0,0884 ft2 es decir. D1= 10,22 cm y el área interior 82 cm2
La velocidad lineal será:
De las tablas para la temperatura de 38 °C

ρ = 0,993 g /cm3
μ = 0, 682 centipoises = 0,682 x 10-2 g/cm .s
Luego
Se ha establecido que para NRe inferior a 2100 se tiene un flujo laminar o

viscoso, para tuberías de área seccional circular o recta y cuando el N Re es
superior a 4000 siempre se tiene un flujo turbulento. Para valores entre 2100 y
4000, el flujo puede ser laminar o turbulento dependiendo de las condiciones de
entrada del fluido en la tubería y de la distancia a la cual se mide la velocidad.
La franja para NRe entre 2.100 y 4.000 se conoce como región de transición.
Longitud de transición: Se denomina longitud de transición a la longitud de

tubería (en segmento recto) necesaria para que se alcance la distribución final de
la velocidad o exista una estabilización en la velocidad del fluido. Esta es
importante porque determina donde colocar un medidor después de cambiar las
condiciones de flujo, ya sea por cambios en la tubería o accesorios. Para el
régimen laminar, se tiene la relación:
XT / D = 0,05 Re
Ecuación 40.
Donde XT es la longitud de transición D el diámetro nominal de la tubería. En el

flujo turbulento esta longitud es independiente del NRe y generalmente la longitud
de transición es 40 a 50 veces el diámetro de la tubería.
La aplicación práctica de la longitud de transición radica en el hecho de poder

determinar las longitudes mínimas a las cuales pueden colocarse aparatos de
75
medida o de control como termómetros, manómetros, trasductores, etc., ya que

tan solo a esa distancia el flujo se normaliza y las lecturas serán las correctas.
Para el flujo turbulento, las curvas son más abiertas e igualmente la relación v/vmáx
tiene a cero hacia las paredes de la tubería. La velocidad promedio v es
aproximadamente Igual a 0,8 veces la máxima velocidad v = 0,8 vmax. La relación
v/vmáx puede graficarse en función del NRe para fluidos que circulan en tuberías
rectas, de partes interiores muy lisas sin cambiar su sección circular ni cambios de
temperatura. En la figura 28 puede apreciarse la curva correspondiente. Su
análisis nos permite visualizar que para NRe= 2100 la relación v/vmáx es igual a 0,5;
a medida que NRe aumenta el valor de la relación va aumentando hasta alcanzar
valores muy próximos a 0,8 para NRe altos.
Interrelacionando y analizando las curvas de la figura 28, independientemente del

régimen del flujo, siempre en las zonas muy próximas a las paredes de la tubería
existe un flujo laminar. Cuando existe un régimen turbulento, en la sección circular
existirá un punto para el cual se tiene la velocidad crítica y una película de fluido
tendrá el carácter de flujo laminar.
Figura 28. NRe vs V/Vmax
76
EJEMPLO 14: Para una tubería de 2” y un flujo cuyo NRe es de 1500, determine a
qué distancia de la entrada a la tubería puede colocarse un termómetro.
Solución
De la ecuación XT = 0,05 NRe D
XT = 0,05 x 1500 x 2” x 2,54 cm/pulg = 381 cm
Esta distancia parece excesiva, pero debe tenerse en cuenta que se tiene un
régimen laminar con NRe bastante bajo.
Lección 14. Ecuación de Bernoulli
fuente:www.fisicanet.com.ar/.../ap1/bernoulli01.gif
Para el flujo de fluidos, los principios de conservación de la materia y de

conservación de la energía pueden ser aplicados. Establecidos los balances
correspondientes se obtiene la llamada Ecuación de Bernoulli. Inicialmente debe
tenerse en cuenta una consideración respecto a la viscosidad del fluido.
Se ha establecido que la velocidad del fluido es diferente en el área seccional de

la tubería, pues varía de acuerdo a la distancia al centro de la misma. El fluido en
las capas límites o muy cercanas a la pared de la tubería está sujeto a esfuerzos
cortantes (por la diferencias en la velocidad) y cualquier estudio en la mecánica de
dichas capas debe tener en cuenta dichos esfuerzos, que están siendo
involucrados en la viscosidad (μ). Se recuerda que la viscosidad está definida por
la ecuación.
μ = LF / vA
Ecuación 41.
Siendo L: la distancia entre las capas de fluido

F: la fuerza debida al esfuerzo cortante
77
v: velocidad del fluido

A: Área de la capa
Figura 29. Ecuación de Bernoulli.
Cuando la velocidad del fluido es constante en los diversos puntos del área
seccional, la viscosidad no se tiene en cuenta para los estudios correspondientes.
El estudio de la ecuación de Bernoulli se tomará inicialmente bajo esta última
consideración. Tomando el sistema de la figura 29, se succiona un fluido en el
punto a y se descarga en el punto b a través de una tubería de diámetro, D, dado.
Para el punto a entra el fluido con un volumen especifico V a (m3/kg.), a una

presión Pa (en kg/m2) y velocidad promedio va m/s. El punto a esta a altura ha (m)
de un nivel de referencia 00‟. El fluido descarga en el punto b, situado a una altura
hb del nivel de referencia; el fluido para este punto tiene un volumen específico Vb,
descarga a una presión pb y velocidad promedio vb.
Tomando como base de cálculo un Kilogramo del fluido cuya densidad es ρ (kg/
m3) y asumiendo que no existen cambios de temperatura (puede asumirse a ρ
como constante), el fluido tendrá para el punto a, una energía potencial.
Epa = g / gc ha (kg-m)
Una energía cinética
Eca = 1/2 va2 / gc (kg –m)
Y por efecto de la presión Pa, el fluido ha ejercido un trabajo PV, o un
Ep va = P2V2, pero a la vez Va =1/ p

Ep va = Pa/ρ ( kg –m )
La energía total del kilogramo del fluido para el punto a
Ea = Pa/ρ + g/gc ha + 1/2 va2/gc

Ecuación 42
78
Efectuando un tratamiento similar para el punto b se tiene

Eb = Pb/ρ + g/gc hb + ½ va2/gc
Ecuación 43
Aplicando la ley de conservación de la energía
Pa/ρ + g/gcha + ½va2/gc = Pb/ρ + g/gc hb+ ½vb2/gc

Ecuación 44
La ecuación 44 es la ecuación de Bernoulli, en la que no se ha tomado en cuenta

trabajo interno al sistema, ni fricciones internas para el flujo de fluidos
incomprensibles, ya que se ha asumido ρ constante. La ecuación establece las
interdependencias entre la presión altura y velocidad de un sistema.
Cuando se modifica la velocidad del sistema, por ejemplo reduciéndola, la altura o
la presión o ambas se incrementan y cuando la velocidad aumenta, lo hace a
expensas de la altura o la presión o ambas. Cuando la altura cambia existe un
cambio en la presión o en la velocidad o en ambas.
Para que la ecuación de Bernoulli sea dimensionalmente consistente se ha

introducido el factor dimensional gc, y si bien la relación g/gc numéricamente es
igual a 1,00, no debe omitirse, pues si bien los resultados numéricos son iguales,
dimensionalmente son incorrectos. En el desarrollo de la ingeniería, es común
expresar las ecuación de Bernoulli en términos de altura, puede decirse que es
una práctica universal y continuamente se habla de cabeza o altura del sistema .
El estudiante debe acostumbrarse a este lenguaje sin olvidar las unidades

correctas de la ecuación, unidades de energía y no de altura.
EJEMPLO 15: Un tanque de almacenamiento de agua se encuentra a 50 metros

del piso, su altura es de 5 metros y del fondo sale una tubería que descarga a 1 m
del piso. Determine la velocidad del agua del flujo a la descarga de la tubería de
5,05 cm de diámetro.
79
Solución
De acuerdo a la figura establecemos la ecuación de Bernoulli para los puntos a y

b. Puede asumirse que Pa = Pb, ya que a la variación de la presión atmosférica en
54 m es despreciable. Igualmente va puede tomarse como 0, dada el área del
tanque.
Aplicando Bernoulli
g/gcha=½vb2/gc +g/gchb
Tomando g/gc = 1,00
Vb = (2g( ha– hb)1/2 = (2x9,8x 54)1/2 m/s

Vb = 32, 53m/s
Y el flujo Q = A * v
Q = 0,065 m3 / s = 234 m3/h
Ecuación de Bernoulli - Correcciones: En las operaciones de flujo, los fluidos

generalmente están delimitados por superficies sólidas dando lugar a variaciones
en la velocidad, por efecto de la distribución de la misma y por fenómeno de
fricción; ya que las superficies nunca son perfectamente lisas presentando mayor
o menor rugosidad. Las variaciones de velocidad causan modificaciones en la
energía cinética del sistema, en tanto que la fricción afecta el balance de energía.
Llamando ∝ al factor que modifica la energía cinética por efecto de la velocidad y

hf a la energía que desaparece del sistema como calor, por efecto de la fricción, la
ecuación de Bernoulli se convierte en
Pa/ρa + g/gcha + ∝ava2/2gc = Pb/ρb + g/gchb + ∝b/2vb2/gc + hf
Ecuación 45.
∝ varía el número de Reynolds y tiene los valores entre 1,03 y 1,13 para un
régimen turbulento, disminuyendo a medida que el NRe aumenta, como se aprecia
en la Tabla 4.
80
Tabla 4. Corrección para la Ec. de Bernoulli.
∝ puede tomarse como 1 sin error apreciable, a menos que el termino de energía
cinética sea importante en comparación con los otros términos de la ecuación de
Bernoulli. Se ha establecido la expresión matemática de ∝ como
∞ = ∫A(v/vm)3 A
Donde A: es el área de la sección del ducto

v: velocidad del fluido
vm: velocidad media de la sección recta
Ecuación de Cantidad de movimiento.
fuente:www.fisica-facil.com/.../GraficoC/Choque12.gif
La ley fundamental de la mecánica, o tercera ley de Newton, establece la

correlación entre la fuerza que recibe o aplica un cuerpo, la masa y la velocidad
del mismo. Recordando que el momentum, o cantidad del movimiento para un
cuerpo, se expresa por:
81
dP = d mv
Cuando m es constante
dP = m dv
Igualmente la tercera ley newton se expresa
F = dP / dt
Reemplazando obtenemos
F = m dv/dt
Como dv/dt = a
Siendo a la aceleración del cuerpo, la ley de Newton se expresa
F = ma
Esta ley se aplica a los fluidos de movimiento: la fuerza resultante total que actúa
sobre una corriente de un fluido es proporcional a la cantidad de movimiento del
fluido. Se supone un ducto en el cual se transporta un fluido de masa m con una
velocidad inicial v1 saliendo del ducto con velocidad final v2; considerando una
sección del ducto, la velocidad del flujo másico a través de dicha sección puede
considerarse constante dentro de ella y puede tomarse como Δm.
La cantidad de movimiento inicial es P1 = Δm v1

La cantidad de movimiento final es P2 = Δ m v2
El cambio en la cantidad de movimiento obedece a la acción de una fuerza F que

actúa sobre el fluido del movimiento.
Fgc = Δm(v2–v1)
Se introduce gc para obtener la consistencia de la ecuación.
Para obtener la fuerza que actúa sobre el tramo del ducto, se integra la ecuación
para los valores de m entre 0 y el correspondiente m al área A seccional del tramo.
82
Ecuación que corresponde a la variación de la cantidad de movimiento de un fluido

bajo el influjo de una fuerza. La Importancia de la ecuación de cantidad de
movimiento o momentum, radica en su uso en cálculos de transferencia de calor
en donde se establece que el monentum es constante durante la transferencia de
calor y su variación obedece a factores externos a la operación técnica.
Medidores de Flujo.
fuente:www.dosiclor.com/images/medflujox.jpg
Para el flujo por tuberías existen aparatos o dispositivos que se diseñan con el fin
de medir el flujo. El principio fundamental de estos aparatos es crear,
artificialmente, una caída de presión en el fluido, la cual puede ser medida y este
dato ser relacionado con un flujo.
La caída de presión puede ser ocasionada por cambios en la energía cinética
(tubo pitot) o por pérdida de carga momentánea debida a fricciones en el fluido
(medidores de orificio). Al generar una caída de presión artificial, es necesario
estudiar qué sucede con el balance de energía. Recordemos que en la ecuación
de Bernoulli existen tres términos principales y otros términos accesorios. Para
nuestro caso, no tenemos variación de alturas; por lo tanto la ecuación de
Bernoulli podría escribirse así:
P1/ρ + v12/2gc = P2/ρ + v22/2gc + HL
Ecuación 46.
En donde:
HL : pérdidas debido a fricciones en el fluido ocasionadas por el aparato de
medida.
La fórmula anterior puede reordenarse así:
v22 - v12 = 2gc[(P1 - P2)/ρ - HL]
Si recordamos que la ecuación de continuidad nos dice que
v1A1 = v2A2
83
En donde
A1 y A2 son las áreas de las secciones transversales en los puntos 1 y 2
Podemos despejar a v2, y tenemos
v 2 = v1A1/A2
Reemplazando este último término en la ecuación 46, tenemos:
v12 =( v12/v22 - 1) = 2gc (ΔP2/ρ - HL)
O, Bien:
Ecuación 47
La ecuación 47 es la fórmula general para aplicar a cualquier tipo de aparato de

medida de flujo. Por lo general, el término Δ P = P1 – P2 de la ecuación 47, se
determina mediante un manómetro diferencial o mediante otro tipo de manómetro
de buena sensibilidad y precisión.
Medidores de orificio
Figura 30. Medidor de Orificio
El medidor de orificio es el más elemental de los dispositivos de medida. Consiste

en un plato cilíndrico con un orificio circular en el centro del plato. Uno de los
bordes es agudo y el otro es biselado. El plato se inserta en la tubería mediante
bridas que lo fijan perpendicularmente al flujo, con el borde agudo colocado frente
a la corriente. El paso del fluido a través del orificio ocasiona una caída de presión
que se puede medir mediante un manómetro diferencial. Para facilitar el cálculo
84
sobre medidores de orificio, la ecuación 47 puede sufrir algunas transformaciones,

así:
Sea
(ΔP/ρ - HL) = C02 (ΔP/ρ)
Efectuando el reemplazo correspondiente, tenemos:
Ecuación 48
En donde:
v1 : Velocidad del fluido en la tubería, en L θ-1
ΔP : Caída de presión a través del orificio en F L-2
ρ : Densidad del fluido, en M L –3
A1 : Area interna de la tubería, en L2
Ao : Area del orifico, en L2
gc : factor de conversión gravitacional, en M/FL/θ2
C0 : Coeficiente del orificio, adimensional
El coeficiente del orificio, C0 , se determina experimentalmente.
Medidor venturi
Figura 31 Medidor Venturi
En este tipo de medidor, las pérdidas debido a la fricción del fluido con el venturi
son prácticamente despreciables. La ecuación de velocidad estudiada para los
medidores de orificio, puede ser utilizada en el caso de medidores venturi; pero
entonces el Co se convierte en Cv y su valor es de 0,98 en casi todos los casos:
85
Ecuación 49.
En donde:
Cv : Coeficiente del medidor venturi, adimensional, generalmente igual a 0,98.
Av : Area en la garganta del venturi, L2
La ecuación anterior puede ser transformada para expresar flujo o caudal Q, ó

también velocidad másica G, así:
Ecuación 50.
Tubo Pitot
Figura 32. Tubo Pitot

Este medidor consiste en dos tubos concéntricos que se colocan en la misma
dirección del flujo. El tubo exterior tiene unas perforaciones pequeñas que
permiten la entrada del líquido en sentido perpendicular a la dirección del flujo. El
86
tubo interior recibe el impacto del fluido en forma directa. Finalmente, los tubos
concéntricos están conectados con un manómetro diferencial que mide la
diferencia de presione. Podemos observar que la diferencia de presiones se debe
fundamentalmente a diferencia en la energía cinética del fluido, debida a la
velocidad, mientras que el tubo concéntrico exterior no recibe impacto y no resiste
a ninguna energía cinética.
La fórmula que rige el comportamiento de un tubo Pitot es:
En donde
Cp : Coeficiente del tubo Pitot generalmente igual a 1,0 (adimensional)
Rotámetros
FIGURA 33. Rotámetros
El Rotámetro es un dispositivo que consiste fundamentalmente, en un tubo de

área transversal variable, que se conecta siempre en forma vertical para que el
flujo pase de abajo hacia arriba, empuñando un flotador que se encuentra dentro
del tubo. El flotador del rotámetro subirá hasta que el empuje ejercido por el fluido
sea igual al peso del flotador. Los Rotámetros deben tener una mirilla transparente
hay una escala que permite tomar posiciones de referencia del flotador.
La posición de referencia del flotador del Rotámetro es la que permite establecer

un flujo mediante una relación en la cual, a mayor altura que se encuentra el
flotador, mayor será el flujo que pase por el Rotámetro. Existen algunas relaciones
matemáticas que permiten calcular la velocidad del fluido, conociendo las
características del flotador, la variación de área interna del rotámetro y otras
variables.
87
Estas relaciones matemáticas suelen ser algo complejo; por esta razón, los
fabricantes de estos dispositivos siempre deben suministrar una tabla que
relacione la posición del flotador con el flujo que está pasando por el Rotámetro.
Los Rotámetros son muy útiles cuando se desea regular manualmente mediante
una válvula globo o de aguja, el flujo que debe pasar por una tubería.
Figura 34. Rotámetro de Flotador
Existen, además otros tipos de medidores del flujo, como los medidores de
desplazamiento positivo, medidores ultrasónicos y magnéticos; sin embargo, los
de mayor utilización en la industria son los vistos en este módulo.
88
Lección 15. Aplicación en procesos industriales para fluidos.
Fuente: propia
Producción de leche entera
Figura 35. Diagrama de flujo leche entera

fuente:plantasquimicas.iespana.es/.../Figs/leche2.gif
89
Generalidades:
La industria lechera en Colombia, ha tenido un gran auge en el país debido a la

implantación de tecnología en la producción de leche desde el manejo del ganado
lechero, el ordeño y el procesamiento de leche para el consumo directo,
generando varios tipos de leche como la pasterizada, la ultrapasterizada, leche
larga vida, deslactosada, cada uno de estos tipos de leche presentan sus ventajas
con respecto a su tecnología, sus características físicas y químicas pero
igualmente conservan su valor nutritivo y sus características organolépticas. Sin
embargo en algunas regiones del país todavía se comercializa la leche sin
pasterizar, convirtiéndose en un gran riesgo para la población que la consume.
La leche es un producto de gran valor proteico pero también bastante perecedero

por lo que la mayoría de las fábricas que producían leche para el consumo directo,
hoy en día transforman la leche en una gran variedad de productos como, las
leches concentradas (evaporadas y condensadas), la leche en polvo, las leches
fermentadas ( yogurt, Kumis, Kefir, entre otras), una gran variedad de quesos, y
otros productos como el helado, el arequipe, el manjar-blanco, y demás postres
cuya materia prima principal es la leche. Con la obtención de dichos productos se
puede lograr un conservación por períodos más prolongados de la leche y
contribuir a la nutrición del hombre en la medida que aportan los mismos
nutrientes de la leche y mejor aún se logra una mejor digestibilidad de esos
nutrientes.
Descripción del producto:
El producto obtenido mediante proceso térmico en flujo continuo, aplicado a la

leche cruda o termizada a una temperatura entre 135°C a 150 °C y tiempos entre
2 y 4 segundos, de tal forma que se compruebe la destrucción eficaz de las
esporas bacterianas resistentes al calor, seguido inmediatamente de enfriamiento
a temperatura ambiente y envasado aséptico en recipientes estériles con barreras
a la luz y al oxígeno, cerrados herméticamente, para su posterior almacenamiento,
con el fin de que se asegure la esterilidad comercial sin alterar de manera esencial
ni su valor nutritivo ni sus características fisicoquímicas y organolépticas, la cual
puede ser comercializada a temperatura ambiente.
Las características fisicoquímicas y microbiológicas de la leche UHT están

definidas por el decreto 616 de 2006
90
Tabla 5. Características de leche UHT.
Propiedades físicas y químicas de materias primas: La leche es un líquido de

color blanco opalescente característico debido a la refracción de la luz cuando los
rayos de luz inciden sobre las partículas coloidales de la leche en suspensión.
Cuando es muy rica en grasa, presenta una coloración cremosa, debido al
caroteno que contiene la grasa, la leche baja en grasa toma un color ligeramente
azulado.
· El olor o aroma, de la leche fresca es ligeramente perceptible, sin embargo la

leche está ácida o contienen bacterias coniformes, adquiere el olor característico
de un establo o a estiércol de las vacas, por lo cual se le da el nombre de “olor a
vaca”
· Sabor: la leche fresca tiene un sabor medio dulce, neutro debido a la lactosa que
contiene.
Otras propiedades físicas son:
· Gravedad específica: oscila entre 1.028 – 1.034 expresada en grados de

densidad. Al determinar la densidad de la leche con el lactodensímetro, ese valor
91
debe ajustarse para una temperatura de 150C, adicionando o restando el factor de

corrección de 0.0002 por cada grado centígrado leído por encima o por debajo de
los 150C.
· Densidad de la leche: está relacionada con la combinación de sus diferentes
componentes: el agua (1.000 g/ml); la grasa (0.931g/ml); proteína (1.346g/ml);
lactosa (1.666 g/ml) minerales (5.500 g/ml) y Sólidos no grasos (S.N.G. =1.616
g/ml). Por lo anterior la densidad de una leche entera sería aproximadamente de
1.032 g/ml, una leche descremada de 1.036 g/ml y una leche aguada tendría una
densidad aproximada de 1.029 g/ml.
· PH (concentración de hidrogeniones). El pH es el logaritmo del inverso de la

concentración de iones de hidrógeno. Cuando la concentración de iones de
hidrógeno es de 10-1 a 10-7, corresponde a un pH de 1 a 7 es decir, medio ácido.
Si la concentración de iones de hidrógeno es de 10-7 a 10-14 (pH 7 a 14) el medio
será alcalino (el pH =7 es neutro). Dichas variaciones depende del estado de
sanidad de la leche y de los microorganismos responsables de convertir la lactosa
en ácido láctico.
· Acidez: la leche cruda presenta una acidez titulable resultante de cuatro

reacciones, de las cuales las tres primeras corresponden a la acidez natural de la
leche cruda y la cuarta reacción corresponde a la acidez que se va formando en la
leche por acción de las bacterias contaminantes. Acidez natural se debe a:
1. Acidez de la caseína anfótera, constituye cerca de 2/5 partes de la acidez

natural.
2. Acidez de las sustancias minerales, del CO2 y de ácidos orgánicos naturales,

aproximadamente las 2/5 partes de la acidez natural.
3. Reacciones de los fosfatos, cerca de 1/5 parte de la acidez natural.
La determinación de la acidez de la leche es muy importante porque puede dar

lugar a determinar el grado de alteración de la leche. Regularmente una leche
fresca debe tener una acidez de 0.15 a 0.16%, valores menores pueden indicar
que es una leche proveniente de vacas con mastitis, aguada o que contiene
alguna sustancia química alcalina. Porcentajes mayores del 0.16%, indican que la
leche contiene bacterias contaminantes.
Tabla 6. Composición media aproximada de la leche bovina

92
Diagrama de flujo
Descripción de las etapas: La leche una vez recibida en la planta es sometida a

una serie de tratamientos físicos que son realizados en las secciones de recepción
y de proceso y su tratamiento depende del producto a elaborar.
Los tratamientos básicos son:

• Enfriamiento
• Higienización
• Descremado
• Homogenización
• Tratamiento térmico (pasterización, refrigeración)
Enfriamiento: La leche que no vaya a ser procesada en un corto tiempo después

de recibirse en la planta, debe ser enfriada a unas temperaturas entre 4 y 5ºC para
almacenarla hasta que inicie su procesamiento. Sin embargo si la leche va a ser
utilizada para la producción de quesos se debe mantener a una temperatura de
10ºC, ya que temperaturas más bajas afectan las propiedades del Caseinato de
Calcio, componente básico para la producción de queso. El enfriamiento de la
leche se efectúa en un Intercambiador de calor de placas, que consiste en un
equipo provisto de placas en acero inoxidable colocadas paralelamente unas de
otras y separadas por empaques de goma, su disposición en forma alterna permite
que circule dos corrientes de flujo: el de la leche y el de agua helada, que se
93
encuentra a una temperatura entre 2 y 2.5ºC, encargándose de absorber el calor

de la leche y enfriarla. A las temperaturas óptimas para su almacenamiento. (4 a
5ºC).
El intercambiador de calor también se utiliza para el tratamiento térmico de la

leche específicamente para la pasterización alta, por lo que se tratará con más
detenimiento en el numeral relacionado con la pasterización.
Almacenamiento: Una vez fría la leche se transporta a tanques de

almacenamiento de donde se enviarán a las diferentes secciones de proceso,
normalmente la capacidad de los tanques de almacenamiento de la leche se
determina con base a la capacidad de producción de la planta es decir a la
capacidad que tiene la planta de producir un volumen determinado de productos.
La capacidad adecuada del tanque de almacenamiento será la diferencia entre el
volumen de la leche que se recibe en determinado período y el volumen de la
leche que se industrializa, lo cual dará la capacidad del tanque de almacenamiento
de le leche que no se industrializará en ese mismo período, sin embargo es
importante dar un margen mayor en la capacidad de los tanques para situaciones
imprevistas.
Los tanques de almacenamiento deben cumplir con las siguientes

especificaciones: el material de construcción debe ser en acero inoxidable,
provistos de un sistema cerrado, puede estar en posición horizontal o vertical,
debe poseer un agitador tipo sanitario, tablero de control con indicadores de
medición de volumen y temperatura. Deben estar diseñados con las condiciones
necesarias para almacenar la leche a temperaturas entre 4 y 5 ºC por un período
mínimo de 20 horas en climas fríos o templados pero en climas cálidos se les
debe instalar un material aislante. Su ubicación puede ser en la sección de
recepción o de proceso, en el último caso debe estar cerca de los clarificadores e
intercambiadores de calor.
Higienización: Debido a que la leche cruda generalmente contiene macro y micro

partículas o cuerpos extraños que pueden haberse originado durante las
operaciones antes y después del ordeño, según las condiciones sanitarias con que
se has realizado, Es necesario entonces realizar las operaciones de filtración y
centrifugación en la etapa de recepción de la leche con el fin de eliminar toda
impureza que traiga antes de someterla a las otras operaciones para su
industrialización. La operación de centrifugación se realiza en unos equipos
llamados clarificadores.
Filtración: Esta operación consiste en pasar la leche por unos filtros de tela
sintética o algodón, en el momento de traspasar la leche que viene de su centro
de acopio (granja) al tanque de balanza donde se realiza la eliminación inicial de
las macropartículas o elementos extraños que trae la leche cruda. Normalmente
se realiza un segundo filtrado al precalentar la leche en el intercambiador de calor
que generalmente está provisto de filtros a presión.
94
Clarificación o centrifugación: Esta operación consiste en llevar la leche a una

clarificadora que funcionan por centrifugación separando en la superficie de la
pared interna del aparato todos los contaminantes que quedan después de
haberla sometido a la filtración el diseño de este máquina es semejante al de una
descremadora, con algunas diferencias según sea el tratamiento de la leche a
realizar.
Bactofugación: Es la operación mediante la cual la leche se somete a un equipo

de bactofugación para separar además de las partículas contaminantes de la
leche, cierto tipo de bacterias esporuladas como los bacilos y los Clostridium, que
producen efectos nocivos en la producción de algunos quesos como el Gruyére y
Emmenthal. Mediante esta operación se logra eliminar alrededor del 90% de las
bacterias mencionadas con un pérdida máxima del 1.5% de leche. Una mayor
eficacia en el proceso se logra reduciendo la viscosidad de la leche mediante el
calor sometiéndola a unas temperaturas entre el 60 y 65ºC.
Homogenización: Esta operación se aplica a la leche con el fin de reducir el

tamaño de los glóbulos grasos de la leche o la crema y evitar la aparición de la
grasa en la superficie al separarse la fase hídrica de la materia grasa. El
procedimiento consiste en someter la leche a unas presiones entre 250 a 350
kilogramos por centímetro cuadrado cuando se conduce a través de un tubo
cerrado por el orificio externo o salida de la leche con un tapón cónico de acero,
donde choca con gran fuerza lográndose el rompimiento de los glóbulos grasos de
la leche hasta obtener un tamaño entre 1 a 2 micras. La salida de la leche por la
abertura del tapón produciéndose una reducción rápida de la presión de la leche
ocasionando el estallido del glóbulo graso. La operación de homogenización se
puede realizar antes o después de la pasterización y es importante analizar la
ventaja de uno y otro proceso desde el punto de vista microbiológico.
Cuando la pasterización se realiza antes, de la homogenización, en un leche

contaminada por bacterias entre las cuales se encuentran los Staphylococcus, que
se agrupan en forma de racimos, o las Sarcinas que se agrupan en paquetes, al
recibir la leche el tratamiento de pasterización se eliminan las bacterias de la
superficie y sobreviven las del centro, entonces cuando se aplica la
homogenización se rompen los racimos o paquetes produciéndose un conteo
mayor de células bacterianas. Cuando se realiza primero la homogenización y
después la pasterización, las agrupaciones de bacterias mencionadas, se separan
y se convierten en cocos aislados, los cuales se destruyen más fácilmente por
acción del calor. La temperatura de homogenización aconsejable es de 65 a 70ºC;
sin embargo un efecto desfavorable en este procedimiento es que se aumenta la
superficie de materia grasa ( al reducirse el tamaño del glóbulo graso) lo que
disminuye la acción de los agentes químicos emulsificantes y protectores del
glóbulo graso, la lecitina y las proteínas de la membrana del glóbulo y con ello los
triglicéridos quedan expuestos a la acción de la lipasa, ocasionando el efecto de
rancidez de la crema, efecto que se puede obviar si se somete la crema a una
95
pasterización alta, cuya temperatura sea de 90ºC por 15 a 20 segundos, con el fin
de inactivar o destruir la enzima.
Descremado: Esta operación tiene como objetivo separar parcialmente o

totalmente el contenido de materia grasa de la leche. Para este se utiliza una
descremadora que opera por centrifugación. Y su diseño es parecido a la
clarificadora. Para lograr un descremado óptimo se debe someter la leche a una
temperatura entre 30 y 35ºC. El descremado total de la leche se utiliza para
obtener una crema con un alto contenido de materia grasa (aproximado a 40%) la
cual se utiliza en la elaboración de la mantequilla. El descremado parcial es
utilizado para reducir el contenido graso de la leche que se necesita en la
elaboración de quesos, o productos tipo light y dicha proporción dependerá del
tipo de queso o producto a obtener. La leche descremada tiene una variedad de
usos entre los cuales se encuentra la producción de quesos de diferente contenido
graso, la producción de leche en polvo descremada o para la producción de
caseína.
Tratamiento Térmico : Cualesquiera que sea el tipo de leche de productos o

subproductos a obtener se requiere someter la leche a un tratamiento térmico
previo. Este tratamiento tiene varios objetivos a saber:
• Destruir todos los agentes patógenos causantes de enfermedades al hombre

tales como bacterias, Rickettsias, virus, protozoarios.
• Reducir los microorganismos saprofitos que son los que generalmente afectan la
calidad de la leche y sus productos.
• Aumentar el período de conservación de la leche y sus productos.
El nombre de pasterización se debe al químico francés Louis Pasteur quien a

finales del siglo XXI descubrió a través de sus investigaciones la manera de
eliminar las levaduras indeseables en la fermentación del vino y de la cerveza,
mediante la aplicación de calor a una temperatura aproximada de 65 por 30
minutos logrando así que las levaduras fundamentales para la elaboración de
estos productos pudieran crecer. A fines del mismo siglo el procedimiento
realizado por Pasteur se aplicó a la leche obteniéndose los resultados favorables
con respecto a la conservación de la calidad microbiológica de la leche, sin alterar
su calidad organoléptica. Hoy en día se realiza este tratamiento en la elaboración
de muchos productos que pertenecen a otros grupos de alimentos, como frutas,
hortalizas entre otros.
La pasterización es entonces un tratamiento térmico por debajo del punto de

ebullición del agua y en un tiempo mínimo que permita las destrucción total de los
microorganismos patógenos, se han realizados diferentes ensayos para
determinar las diferentes combinaciones de tiempo y temperatura a los cuales se
destruyen las bacterias patógenas que pueden crecer en el medio de la leche,
obteniéndose los resultados que aparecen en la tabla %%%. El equipo más
96
utilizado hoy en día para la pasterización de la leche es el intercambiador de calor

de placas, más adelante se dará una breve descripción de este equipo.
Tratamiento de residuos: Una planta de tratamiento para efluentes lácteos

requiere ser diseñada para remover los niveles contaminantes de parámetros tales
como: DBO, aceites y grasas, sólidos suspendidos, y para corregir el pH del
efluente. Debido a que en la mayoría de los casos se requiere lograr niveles en el
parámetro DBO menores a 500 mg/L, es necesario diseñar un sistema de
tratamiento que considere un pretratamiento y un tratamiento biológico.
El pretratamiento puede ser del tipo físico o físico-químico, dependiendo de las

concentraciones que presenten aquellos contaminantes inhibidores del proceso
biológico. A continuación, se describirán las alternativas de solución para cada uno
de estos tratamientos.
Tratamientos físicos: Los procesos físicos involucran operaciones

gravitacionales, manuales o mecánicas, que permiten remover básicamente
sólidos de distinta granulometría y densidad del efluente.
Las operaciones unitarias involucradas son las siguientes:

• Separación de sólidos gruesos
• Separación de sólidos molestos.
• Separación de sólidos no putrescibles
• Separación de sólidos finos
• Cámara desgrasadora o coalescedores
• Estanque de Ecualización
Tratamientos químicos: La etapa de tratamiento químico involucra la separación

de la materia suspendida del efluente. Entre la materia suspendida se incluye a las
proteínas, las cuales se coagulan bajo condiciones de balance químico y pH
específicas.
• Ajuste de pH
• Coagulación
• Floculación y preparación de polímero
• Flotación
Tratamientos biológicos: El tratamiento biológico en efluentes lácteos tiene por

objetivo reducir el parámetro DBO, el cual es aportado básicamente por proteínas,
carbohidratos, azúcar, lactosa y detergentes. Uno de los tratamientos más
aplicados es el aerobio, el cual acepta como principales tecnologías lagunas
aireadas, lodos activados en sus versiones aireación extendida, zanja de
oxidación, reactor batch secuencial, etc. En la línea de alimentación al proceso
biológico se adicionarán los nutrientes necesarios, a base de nitrógeno y fósforo,
para lograr la complementación alimenticia, necesaria para el óptimo crecimiento
97
de las bacterias y la consecuente biodegradación de la materia orgánica

remanente.
TALLER:

donde se presenten manejo de fluidos y posible equipos que controles estos
procesos.
2.- Para el producto químico escogido determine las operaciones con fluidos
presentes y para este determine los posibles elementos de control necesarios, así
como el preliminar de diseño de los posibles contenedores.
3.- Con la receta de cocina escogida determine todos los fluidos presentes y la
forma de incorporarlos al proceso y las cantidades necesarias expresadas en
unidades del sistema internacional.
AUTOEVALUACIÓN UNIDAD 1.
1. ¿Según el texto anterior se define que la industria del hierro el proceso que se
desarrolla en el alto horno es del tipo?
A. PROCESO FISICO NATURAL.
B. PROCESO QUIMICO NATURAL.
C. PROCESO FISICO ARTIFICIAL.
D. PROCESO QUIMICO ARTIFICIAL.
2. ¿Según la lectura inicial el proceso de fabricación de hierro es desarrollado de forma?
A. CONTINUA
B. SEMICONTINUA
C. DISCONTINUA
D. ESPORADICA
3. ¿Para diseñar el alto horno de una planta de hierro que desea tener un tipo especifica
de acero, se debe tener en cuenta la etapa de?
A. DESARROLLO EXPERIMENTAL
B. PROTOTIPO PLANTA PILOTO
C. MERCADO
D. ESCALA INDUSTRIAL
4. Una muestra de 700 ml de un gas, pesa 0,426 gr., a 105 centígrados y 380 mm
de Hg, Determinar el peso molecular del gas. R=0.0821 litro-atm/mol-K
A . 25,3 gr/mol
B . 50,3 gr/mol
C . 70,5 gr/mol
D . 37,7 gr/mol.
98
UNIDAD 2. OPERACIONES CON SÓLIDOS, PETROQUÍMICA Y FENÓMENOS

DE TRANSFERENCIA
fuente:www.geocities.com/iq300uia/opunit14.jpg
INTRODUCCIÓN:
Esta unidad desarrollará, las bases necesarias y recopilación de información para

llevar a cabo las operaciones unitarias con sólidos, los procesos petroquímicos y
el análisis financiero de en proyecto productivo industrial, en la unidad se
recordará las bases de física general y finanzas en el manejo de los procesos
térmicos y análisis financiero.
En el capítulo de petroquímica empezará el estudiante a desarrollar el manejo y

desarrollo de los procesos de petróleo y sus derivados.
Por último se observará algunas industrias que tiene manejo con sólidos y sus
equipos.
OBJETIVO GENERAL:
Dar a conocer a los estudiantes como se deben manejar los sólidos, sus
características, equipos y aplicaciones para que permitan conocer los procesos y
el vocabulario necesario en la unidad.
OBJETIVOS ESPECIFICOS:
- Conocer las operaciones unitarias necesarias en los procesos químicos donde

se manejan sólidos.
- Desarrollar la agilidad para conocer la distribución de equipos de apoyo en una

planta de producción.
99
- Diferenciar entre los diferentes fenómenos de transferencia de masa y las

operaciones que involucra.
- Desarrollar los balances energéticos necesarios para agilizar las reacciones de

un proceso químico.
- Observar algunos procesos químicos que se manejan en la industria del petróleo.
- Conocer cómo se desarrolla y aplica la industria petroquímica y del gas natural.
COMPETENCIAS:
El estudiante después de estudiar la unidad deberá ser competente en los

balances energéticos esenciales en la elaboración de un producto. También en
las condiciones de operación y de equipo unitarios para el manejo de sólidos.
Diferenciar entre los diferentes fenómenos de transferencia de masa, las

condiciones de trabajo de los procesos con transferencia de calor. Distinguir los
diferentes procesos petroquímicos y del gas natural, Conocer porque la industria
del petróleo es tan importante para la sociedad moderna.
CAPITULO 4 .MANEJO DE SOLIDOS
fuente:www.icb.csic.es/.../diagramaReactor-m.png
Dentro de estas operaciones incluimos:
• Reducción de tamaño: usado en la minería.

• Separaciones mecánicas: para proceso donde se requiera uniformidad en el
100
material.
• Filtración y Centrifugación: para separar fluidos de sólidos.
Lección 16. Reducción de Tamaño.
fuente:www.monografias.com/.../Image8633.gif
La reducción de tamaño se clasifica desde dos aspectos relacionados. El primero

de acuerdo al tamaño de los materiales a producir y el segundo de acuerdo la
fuerzas que se aplican para logra la reducción. De acuerdo al tamaño de los
materiales a procesar y los productos obtenidos, la reducción se clasifica en:
• Trituración.
• Molienda.
• Pulverización.
La primera es de amplia aplicación en minería y en la industria química.
Aunque la Trituración es un término técnico que significa rompimiento, está

implícitamente asociado a la aplicación de fuerzas de compresión, las cuales se
utilizan generalmente para la ruptura grosera de productos considerados duros
hasta tamaños de tres o más centímetros.
La Molienda, maneja materiales de medianos tamaños y produce trozos entre 0,5

mm hasta 3 cms. es de amplia utilización en la industria de alimentos,
especialmente en cereales y productos secos de origen vegetal. En la molienda se
involucran las operaciones de corte, propias en vegetales frescos y cárnicos.
La Pulverización o Molienda fina, término técnico utilizado para la obtención de

productos en polvo, está relacionado con fuerzas de impacto y de cizalladura.
De acuerdo a las fuerzas que se aplican los equipos de reducción de tamaño se

clasifican:
 De Impacto o compresión.
 Atrición o frotamiento.
 Corte o cizalladura
101
En los equipos de impacto o compresión se aplican fuerzas denominadas

compresión que se aplican en forma perpendicular a la superficie del material.
Estas fuerzas son muy eficientes en materiales secos y duros, no son muy
eficientes en materiales húmedos y prácticamente nulos en materiales elásticos,
generalmente los fibrosos como los vegetales y carnes.
Los materiales ofrecen cierta resistencia a las fuerzas aplicadas y su magnitud es

propia del material en particular. La resistencia aumenta con la humedad ya que
le confiere un carácter elástico al material. Pero cuando las fuerzas de compresión
superan la resistencia del material, este se fractura o rompe. Las unidades son las
correspondientes a la presión, aunque comercialmente se emplean libras por
pulgada cuadrada o kilogramos por centímetro cuadrado.
Entre los equipos para reducción de tamaño, en los cuales se aplican fuerzas de
compresión, se tiene los molinos y pulverizadores de martillos, molinos y
pulverizadores de bolas y barras y los molinos de rodillos tanto lisos como
estriados.
En los equipos de atrición, se aplican fuerzas de torsión o fuerzas que giran en

sentido contrario. Son apropiadas para materiales friables como los cereales, y
fibrosos como vegetales y carnes. El equipo más representativo es el molino de
discos empleado en pequeños caudales y especialmente en pulverización. Los
esfuerzos aplicados son los llamados de torsión y la resistencia que ofrece el
material igualmente recibe el nombre de resistencia a la torsión, que depende de
la textura del material y en algunos es mayor que la resistencia a la compresión.
En la cizalladura se aplican fuerzas de compresión paralelas, que causan el corte

del material. Los materiales fibrosos, presentan resistencias muy bajas, y el área
de aplicación del elemento que aplica la fuerza, es supremamente pequeña, de
ahí que las fuerzas aplicadas son relativamente pequeñas respecto a las de los
otros equipos.
Equipos para reducción de tamaño: Los equipos de reducción de tamaño se

clasifican de acuerdo al tamaño de los materiales a manejar y de acuerdo al
esfuerzo aplicado. Para los pulverizadores no se emplea la acción de corte, ya que
el ancho del elemento de corte es relativamente grande respecto al tamaño del
producto a obtener.
Molinos: En la tabla 7 se hace la presentación de los principales molinos
102
Acción Tipo
Martillos Bolas
Barras
Impacto
Rodillos
Discos
Atrición
Conos
Cuchillas
Corte
Sierra
Cutter
Tabla 7. Clasificación de los Molinos
Molino de martillos. Ampliamente usado para materiales duros y semiduros. El

sistema operacional del molino de martillos es uno o más discos montados sobre
un eje horizontal, que lleva en su periferia una serie de pequeños martillos, los
cuales tienen libertad para oscilar en torno a un eje, como se muestra en la figura
36, Algunos modelos tienen discos que soportan ejes sobre los cuales se
disponen los martillos. La parte superior de la caja tiene una tolva de alimentación
y la placa de ruptura; El material que se quiere fraccionar se desliza lentamente
sobre dicha placa, donde es golpeada por los martillos en rápido movimiento
giratorio y queda finamente fragmentada; los fragmentos giran hacia la parte
inferior y son lanzados contra una rejilla.
La capacidad de un molino de martillos es muy grande.

Un molino de martillos de tamaño medio es capaz de suministrar material a razón
de 12 a 15 toneladas por hora a través de rendijas de 1/2 cm aproximadamente.
Con ligeras modificaciones, el molino de martillos puede convenirse en máquina
desfibradora actuando sobre residuos de cortezas o caña de azúcar. Algunas de
sus aplicaciones son: trabajo pesado en molienda de granos, maíz, trigo y toda
clase de cereales, semillas oleaginosas y condimentos y especias.
Figura 36. Molino de Martillos
El dimensionamiento del sistema operacional del molino está fundamentado en la

fuerza centrifuga que tiene el martillo al girar a determinada velocidad.
103
Molino de Bolas: El molino de bolas consiste en un cilindro de acero que

descansa horizontalmente apoyado sobre pedestales y gira alrededor de su eje
horizontal. Este cilindro contiene en su interior un medio triturador adecuado, tal
como bolas de acero o de pedernal; El material que se quiere moler se introduce
en el cilindro a través de un registro situado en el centro de una generatriz del
cilindro que se cierra después herméticamente.
Se mantiene el molino girando durante un período variable y después se descarga

a través de la misma abertura, después de haber reemplazado la puerta de cierre
por una rejilla con mallas adecuadas para dejar pasar el material molido, pero
suficientemente estrechas para retener las bolas. El molino gira por la acción de
un engranaje circunferencial, mediante correas de transmisión planas o en forma
de V múltiple, o bien por medio de rueda dentada y cadena articulada. En la
industria es frecuente que el molino esté provisto de un engranaje externo, es
decir, un engranaje situado por fuera de los pedestales que sirven de soporte, de
forma tal que el molino pueda cubrirse convenientemente con una funda cuando
sea necesario.
Para evitar el deslizamiento de las bolas de acero a lo largo de las paredes

interiores del molino, suelen retener éstos en su interior, soldadas a las paredes
interiores del cilindro, unas barras deflectoras de tipo de onda o bien unas barras
deflectoras modificadoras de la velocidad. Con la ayuda de estas barras
deflectoras se consigue que el tiempo de molienda quede disminuido.
Figura 37. Molino de bolas
El molino de bolas o de guijarros puede adaptarse para el trabajo continuo

dotándole de muñones huecos, y alimentándolo por un lado y descargándolo por
el otro. El molino de tubo es un cilindro horizontal, largo, cuya longitud es de
varias veces su diámetro.
Molino de Rodillos o de Cilindros: Este equipo es utilizado en la molienda de

algunos cereales como centeno, trigo, cebada, avena, maíz, soja, arroz y otros,
con el fin de obtener harinas panificables, además, puede ser empleado para el
machacado del grano de centeno ya limpio, en la línea de moltura de este cereal y
también puede aplicarse para la trituración de sal, azúcar, etc. Existen diversas
configuraciones en los molinos de cilindros o rodillos, El molino de cilindros básico,
104
se compone de dos secciones de trituración independientes, ubicadas en un

cuerpo común. Figura 38.
Figura 38. Molino cilíndrico

- Cilindros trituradores (uno fijo y uno regulable), estriados o lisos.
- Tolva de carga con ejes de alimentación y sistema de regulación de la hendidura
de alimentación.
-Sistema de conexión y desconexión y regulador de la hendidura de moltura.
-Cepillos de limpieza de los ejes.
-Ventanilla, puerta, protecciones y accionamiento.
-Transmisión por engranajes entre cilindros.
Funcionamiento: El material, mediante la tolva de carga cae en los ejes de

alimentación, los cuales lo conducen a todo lo largo del molino, de donde es
trasmitido de modo uniforme, en flujo continuo, a la zona de trituración. Los
cilindros trituradores tienen la superficie de trabajo adaptada al tipo de trituración
del material y giran con diferente velocidad circunferencial (igual velocidad
circunferencial, solo durante el prensado).
Para el sistema de transmisión de potencia se utilizan motores y reductores de

diferentes potencias y revoluciones, respectivamente, según las aplicaciones
algunos utilizan un sistema de refrigeración en los cilindros, para evitar deterioro
en alimentos por ejemplo.
Aplicaciones de la operación de reducción de tamaño en productos fibrosos:
Productos como las frutas, las carnes y las verduras, por su composición acuosa
en alto porcentaje, hacen necesario se les aplique las fuerzas con fines diferentes;
por ejemplo: para la desintegración de la fibra se utilizan fuerzas de impacto y
cizalladura, por medio de una arista cortante. Las fuerzas de composición
contribuyen en estos casos al logro exprimido en los procesos de obtención de
zumos de fruta. Para la reducción de tamaño de los productos fibrosos, los
equipos fundamentalmente son los mismos mencionados, solo que sufren algunas
variaciones; en el caso del molino de martillos, en donde se sustituyen los molinos
de cuchillas de arista cortante delgada, las cuales producen el efecto de fuerzas
de impacto. Otro ejemplo pero ya de complementación del equipo por medio del
105
otro y otros aditamentos, es el del molino de disco de fricción, al que se le adaptan

muescas o estrías en las caras de los discos, con lo cual se logra el
desgarramiento del producto. Algunos ejemplos de este tipo de operaciones son:
• El rebanado o troceado
• El desmenuzado
• El despulpado
Modelos de operación : Cuando es necesario definir el tipo de instalación útil

para determinada reducción de tamaño, es necesario, considerar los siguientes
aspectos:
- Tamaño uniforme y velocidad constante en los flujos de alimentación al equipo.

- Retiro inmediato de las partículas molidas.
- Mantenimiento adecuado del equipo.
- Desalojo del material irrompible que quede en el equipo.
- Eliminación oportuna de la energía calórica generada durante el trabajo del
equipo.
Si de los aspectos anteriores puede asegurarse su cumplimiento, se podrá

efectuar una operación adecuada y económica.
Las principales formas de operación de un equipo de molienda son:
• Operación del circuito abierto

• Operación en circuito cerrado
• Molienda en paralelo
• Operación en húmedo
• Operación de molienda libre
• Operación de alimentación en exceso
106
Lección 17. La Operación de Cribado
fuente:www.mach.hardtechgroup.com/images/cvr.gif
Cribado es la separación de una mezcla de partículas de diferentes tamaños en

dos o más porciones, utilizando una superficie de tamiz que actúa como medidor
múltiple de aceptación y rechazo; en ese caso las porciones finales son de tamaño
más uniforme que las de la mezcla original. El material retenido sobre una
superficie del tamiz es el de mayor tamaño, el que pasa por la superficie es de
menor tamaño y el que pasa por un área cribadora y queda retenido en otra
subsiguiente es el intermedio.
Los tamices pueden estar confeccionados en alambre tejido, seda o tela de

plástico, placas perforadas u horadadas. Veamos las más utilizadas:
Las telas de alambre se denominan, según el valor, mallas, o sea por el número
de aberturas existentes en una pulgada lineal a partir del centro de cualquier
alambre hasta un punto situado exactamente a una pulgada de distancia. También
puede calcularse a partir de una abertura especificada en pulgadas o milímetros,
que es la abertura o el espacio libre entre los alambres.
La malla se emplea para las telas de 0,4 pulgadas y más finas y la abertura libre
para las telas especiales con aberturas de 0,5 pulgadas y mayores. Aclaremos:
La abertura es el espacio mínimo entre los bordes de franqueo y la superficie de la

criba y suele expresarse en pulgadas o milímetros.
El área abierta de la tela de alambre de malla cuadrada se puede determinar

mediante la siguiente fórmula:
Ecuación 51
En donde:
P = % de área abierta
107
M = Malla
∅ = Tamaño de la abertura
D = Diámetro del alambre
Distribución del tamaño de partículas: Se define como el porcentaje relativo en

masa de cada una de las distintas fracciones de tamaños representados en la
muestra. Permite evaluar la operación de cribado y se determina mediante un
análisis completo de tamaños, utilizando tamices de prueba.
Escala de tamiz: Una escala de tamizado es una serie de tamices de prueba que
presenta una sucesión fija de aberturas. La sucesión de tamices se puede obtener
en series como las de Tyler, ASTM, ISO, ICONTEC, de acuerdo a los
requerimientos del producto.
Las finalidades de la escala de tamizado son:
- Retirar partículas finas del material antes de procesarlo.

- Obtener un producto que satisfaga los límites específicos de tamaño de partícula.
- Eliminar materiales atrapados o de tamaños excesivos.
- Retirar impurezas o partículas degradadas de un producto terminado.
Equipos de cribado: Las máquinas cribadoras las podemos dividir en cinco

clases principales:
- Rejas
- Cribas giratorias
- Cribas agitadas
- Tamices vibratorios
- Tamices oscilantes
Las rejillas se usan primordialmente para las separaciones de partículas de dos

pulgadas y mayores.
Las cribas giratorias y de agitación se emplean en general para separaciones

por encima de 0,5 pulgadas. Los tamices vibratorios se emplean desde los
tamaños mayores hasta las mallas más finas y los tamices oscilantes se limitan a
las mallas más finas.
Descripción de cada equipo: Las rejillas Son un conjunto de barras paralelas

espaciadas con aberturas predeterminadas y su uso está en el procesamiento de
minerales.
Las cribas giratorias o de zaranda Consiste en un marco cilíndrico rodeado de

tela de alambre o una placa perforada, abiertos en los dos extremos e inclinados
en un ángulo ligero. Giran con velocidades de 15 a 20 r.p.m. Su capacidad no es
grande y su eficiencia relativamente baja.
108
Las cribas con agitación mecánica Consisten en un marco rectangular que

sostiene una tela de alambre o una placa perforada, tiene una inclinación ligera y
se suspende mediante varillas o cables sueltos o se apoya en un marco de base,
mediante resortes flexibles y planos. El marco recibe un movimiento de vaivén.
Las cribas vibratorias Se utilizan cuando se desea una gran capacidad y una
eficiencia elevada. Se consiguen de dos clases: Cribas con vibración mecánica y
Cribas con vibración eléctrica.
Tamices de movimiento alternativo o de vaivén Una excéntrica bajo la criba

proporciona oscilación que va de giratorio (aproximadamente dos pulgadas), en el
extremo de alimentación; hasta un movimiento de vaivén en el de descarga. La
frecuencia es de 500 a 600 r.p.m.
Los tamices giratorios Son máquinas de caja ya redonda o cuadrada, con una
serie de telas de cribas colocadas una sobre otras. La oscilación, proporcionada
por medio de excéntricas o contrapesos se lleva a cabo en una órbita circular o
casi circular.
Los cedazos giratorios son cribas impulsadas en una trayectoria oscilante, por
medio de un motor fijo al eje de soporte de la criba.
Selección de las cribas: La selección es muy importante y es preciso tener en

cuenta la abertura, el diámetro del alambre y la zona abierta. Los cuatro tipos
generales de tamices son los de tela de alambre tejido, tela de seda, placas
perforadas y rejillas de barras o varillas.
La de tela de alambre tejida tiene la mayor variedad de abertura de criba,

diámetro de alambres y porcentajes de zona abierta. Van desde 4 pulgadas hasta
malla 500.
La tela de malla cuadrada es el tipo común de tela de tamiz, pero hay muchos
tipos de tela con tejido oblongo. Al escoger una tabla de alambre, es preciso
llegar a un término medio entre la precisión de la separación, la capacidad, la falta
de atascamiento y la duración de la tela de alambre.
Las telas de seda se originaron en Suiza y se tejen con seda natural retorcida y
de hilos múltiples. El sistema de números y grados para las telas de mallas y las
gasas se derivan de los tejedores suizos originales. En los últimos años, se han
introducido el nylon y otros materiales sintéticos similares, tejidos en gran parte a
partir de monofilamentos. Los grados de nylon se designan en general por su
abertura en micras y existen en pesos ligeros, estándares y pesados. Determine
qué tipo de material es el más utilizado en la industria molinera.
Para evaluar la eficiencia del tamizado, la W.S. Tyler Co., de Mentor, Ohio, en su
Sieve Handbook, número 53, proporciona un método adecuado para evaluar el
109
rendimiento de los tamices. En esta fórmula, cuando el material que pasa por la
malla es el producto que se desea, la eficiencia es la razón de la cantidad de
productos de tamaño inferior que se obtienen a la cantidad de tamaños pequeños
que hay en el material de alimentación.
Ecuación 52
En donde:
E = Eficiencia
R = % de partículas finas que pasan por la criba
d = % de partículas más finas que el tamaño diseñado en la selección
b = % de partículas más finas que el tamaño diseñado, en la alimentación de la
criba.
Cuando el objetivo es recuperar un producto de tamaño mayor de la criba, la

eficiencia se puede expresar como la razón de cantidad de partículas de tamaño
mayores obtenidas a la cantidad real de partículas de los tamaños mayores, así:
Ecuación 53
En donde:
O = % partículas de tamaños grandes sobre la criba
C = % más grueso que el tamaño diseñado en las partículas mayores de la criba.
a = % más grueso que el tamaño diseñado en la alimentación de la criba.
Lección 18. Separaciones mecánicas
FUENTE: safa.edu.uy
Gran número de procesos industriales exigen la separación de componentes de

mezclas o suspensiones, en operaciones de índole estrictamente mecánica. Las
separaciones mecánicas se emplean para partículas sólidas, para mezclas o
suspensiones sólido - líquido y suspensiones de líquidos inmiscibles;
generalizando su uso está limitando a mezclas no homogéneas o heterogéneas y
110
en las que no ocurre transferencia de calor; operaciones como extracción,

destilación, cristalización y secado, se emplean para separaciones en soluciones
homogéneas, para mezclas intermedias, como se han denominado a los coloides,
se emplean otros métodos como la ósmosis inversa.
En general, las separaciones mecánicas se fundamentan en propiedades o

diferencias físicas entre las partículas tales como la forma, tamaño y densidad;
Para separación de sólidos se emplea tamizado basado en el tamaño de las
partículas; mediante el uso de una malla o tamiz se separan las partículas gruesas
de las finas, separación similar para partículas de poco peso y tamaño pequeño se
logra suspendiendo los sólidos en corrientes de gas y empleando ciclones; Las
mezclas sólido - líquido se pueden separar mediante la filtración o la
centrifugación, operación esta empleada también para líquidos inmiscibles.
Tamizado: La separación de sólidos con base en su tamaño es importante como

operación para adecuar un producto para su venta o para una operación
subsecuente; es también método importante para evaluar la eficiencia de otra
operación como la molienda o el triturado o para determinar el valor de un
producto para alguna aplicación específica. La velocidad de reacción química es
proporcional al tamaño de las partículas y un control en el tamaño mediante el
tamizado, es de importancia para controlar la tasa de reacción.
El tamizado consiste en la separación de una mezcla de varios tamaños de

partículas en dos o más porciones, cada una de las cuales es más uniforme en
tamaño de partícula que la mezcla original; La operación de tamizado consiste en
pasar el material sobre una superficie perforada en aberturas de tamaño deseado.
En la práctica se tiene tamizado seco cuando se maneja un material con bajo

contenido de humedad o material que ha sido secado en una operación previa, se
tiene tamizado húmedo cuando se adiciona agua a la operación para retirar
partículas finas del material, como en la clasificación y lavado de frutas y
vegetales.
Tamaño de partículas: El material que se retiene o no pasa a través del tamiz, se

denomina Gruesos (oversize) y el que pasa se llama Finos (undersize). Para
identificar el tamaño de las partículas se emplean dos sistemas: el primero basado
en el tamaño promedio de la partícula, considerada ésta como un cubo, se
establece su dimensión en centímetros o pulgadas, y ella pasará por una abertura
ligeramente superior a la mayor dimensión de la partícula; El segundo sistema se
basa en el número de hilos o alambres que el tamiz o malla tiene por pulgada
lineal. El primer sistema se emplea para partículas mayores de una pulgada, en
tanto el segundo para menores de una pulgada. Tabla 8 muestra una clasificación
basada en el primer sistema con dos formas de expresar la clasificación.
111
Sobre 2 pulg. +2"

entre 1,5 y 2 pulg. -2 + 1.5"
entre 1 y 1.5 pulg -1.5 + 1"
para 1 pulgada - 1"

Tabla 8. Clasificación de tamices.
El segundo sistema conocido como Escala Standard Tyler se relaciona con otra, la
Standar US. Las dos se basan en el tamiz malla 200, que emplea hilos de 0,0021
pulgadas de diámetro, para dar una abertura de 0,0029 pulgadas. La tabla 9
relaciona algunos tamices según la Escala de Tyler. En la literatura se encuentra
la clasificación U.S. Standard.
Tabla 9. Clasificación Estándar.
EJEMPLO 16: Para mezcla de harinas, se requiere en harina de maíz un tamaño

máximo de partícula de 0,250 mm. Establezca el tamiz que debe emplearse para
dicha harina.
Solución
De acuerdo con la tabla 9 un tamiz malla 60 permite un paso de partículas con

máximo tamaño de 0,246 mm; como la especificación dada es máximo 0,250
dicho tamiz es el indicado. Es importante recalcar que el tamiz es malla 60 en la
Escala Tyler.
112
Lección 19. Diseño de equipos para operación y medición de sólidos.
fuente:www.infoagro.com/.../curtilene_filtracion.gif
FILTRACIÓN
Los problemas de separar sólidos de líquidos dependen fundamentalmente del
carácter de los sólidos y de la proporción de los mismos en los líquidos. Varias
operaciones unitarias sirven para este propósito pero cuando la proporción de
sólidos es relativamente pequeña en comparación con el líquido usualmente se
emplea la filtración. Cuando la proporción de sólidos es relativamente alta se
emplea la centrifugación, el prensado o la sedimentación. También cuando la
proporción de sólidos es muy pequeña se emplea la centrifugación.
La operación unitaria propiamente conocida como filtración es la más importante

para separar los sólidos de líquidos y una de sus principales características es que
los equipos y aparatos para realizar esta operación se han diseñado y construido
desde el punto de vista de consideraciones prácticas y sin ninguna relación con la
teoría. Consecuencialmente, los aparatos usados para la filtración consisten de
una gran variedad de tipos construidos bajo especificaciones mecánicas en
consideración a aquellas industrias y procesos en los cuales se emplea la
filtración.
La teoría de la Filtración es un campo en donde se han aplicado resultados de un

estricto desarrollo matemático, pero su aplicación a la práctica es aún incompleta.
Esto obedece a la dificultad para definir el tamaño, forma y propiedades de las
partículas por filtrar así como la imposibilidad de lograr una completa uniformidad
en todos los procesos cochada a cochada y día a día. Siempre en la filtración se
requiere de un medio filtrante, que es inerte y no sufre alteraciones de orden
químico durante el proceso de filtración. Sobre el medio filtrante se depositan los
sólidos de la suspensión en lo que se denomina torta, y a medida que transcurre la
filtración el espesor de la torta se incrementa; A través de la torta se produce una
caída de presión que puede ser constante o se puede incrementar al punto que la
filtración se suspende por requerirse una presión inicial mayor a la que el equipo
puede trabajar.
113
El efecto de la presión que se requiere para la filtración produce en la torta una

mayor o menor compresibilidad,. En algunos casos la compresibilidad es tan
pequeña que se considera a la torta como incompresible. Para efectos de cálculos
los procesos se clasifican en: de caída de presión constante y de flujo constante.
Siendo los más usuados los primeros por los equipos de bombeo requeridos.
Los cálculos de la filtración pretenden establecer el tiempo de filtración para unas
condiciones dadas de operación o establecer el volumen a filtrar en un tiempo
dado, la caída de presión es una variable que puede ser controlada durante la
operación. Para tortas incompresibles, en la cuales se tiene porosidad constante,
el tiempo de filtración para una caída de presión constante está definido por la
ecuación:
Ecuación 54
Donde:
t tiempo de filtración
C constante de filtración
V volumen del filtrado
- P caída de presión a través de la torta.
La constante de filtración está definida por
Ecuación 55
Con
μ viscosidad del filtrado
ρ densidad del filtrado
s densidad de los sólidos en la tortaρ
x espesor de la torta
X porosidad de la torta.
K permeabilidad del lecho
La tasa de filtración a un tiempo dado se establece mediante la ecuación:
Ecuación 56
114
EJEMPLO 17: Una lechada se filtra por cochadas en un filtro de caída de presión
constante de 40 psig formando al cabo de una hora una torta incompresible de 3/4
de pulgada, con un volumen de filtrado de 1500 galones. El lavado del filtro
demanda 300 galones de agua fresca, en condiciones similares a las de la
filtración. Asumiendo que el filtrado tiene iguales propiedades a las del agua y que
el material filtrante no opone resistencia al flujo determinar:
a) los galones filtrado en 24 horas y

b) galones filtrados si la torta se reduce a 1/2 pulgada, empleando la misma
relación de agua para el lavado.
Adicionalmente entre cochada y cochada se tienen: 2 minutos para llenar el filtro
con agua
3 minutos para drenar el filtro de lechada y
6 minutos para abrir, vaciar y cerrar el filtro.
Solución.
a) Para determinar el volumen filtrado se debe establecer el número de cochadas

efectuadas en las 24 horas. Este número de cochadas a la vez depende del
tiempo total de operación por cochada, que involucra también el tiempo de lavado
con agua fresca.
Como se establece que las condiciones de lavado son iguales a las de la filtración,
El flujo de lavado es el mismo que se tiene cuando termina la filtración. El tiempo
de lavado se determina estableciendo el tiempo de filtración de los 300 galones.
Para la finalización de la filtración, aplicando la ecuación 54 se puede determinar

la relación A2 /C, así
A2/C= V2/t P = 1.5002/60 x40 = 937,5
Al final de la filtración la tasa de filtración es :

Aplicando la ecuación 56.
dV/dt = (A2/C)xP/(2xV) = 937,5 x40 /(2 x 1.500 )= 12,5 gal / min
El tiempo de lavado será de
tL= 300/12,5 = 24 minutos.
La cochada para filtrar 1.500 galones demanda: 60 minutos para filtración, 3

minutos para drenar el filtro de lechada, 2 minutos para llenar el filtro con agua, 24
minutos para lavado, 6 minutos para abrir, vaciar y cerrar el filtro; 2 minutos para
llenar el filtro con lechada, 97 minutos en total.
Lo filtrado en las 24 horas será:
115
24x60x1500/97 = 22.268 galones.
b) los 1500 galones producen en una hora un espesor de capa de 3/4 ó 0,75
pulgadas, para producir un espesor de 0,50 pulgadas se requiere filtrar
V= 1500 x 0,5/0,75= 1000 galones, como la relación A 2/C es constante, el tiempo

de filtración de los 1000 galones es:
t = 10002 / (937,5 x 40) = 26,7 minutos
En este tiempo la tasa de filtrado es
dV/dt = (A2/C) P/2xV) = 937,5 x40 /(2 x1.000) = 18,75 gal / min
La cantidad de agua de lavado empleada es proporcional a la torta formada, luego
se requieren: 300x 1000 / 1500 = 200 galones
Esta cantidad de agua pasa en 200 /18,75 = 10,76 minutos ===> 10,8 minutos
El tiempo del ciclo se reduce entonces a 26,6 + 3+ 2 + 10,8 + 6 +2 = 50,4 minutos

y la cantidad de filtrado obtenido será
24 x 60 x 1000 / 50,4 = 28.571 galones.
Lección 20. Aplicación de las operaciones con sólidos en los procesos

industriales.
fuente:www.abcpedia.com/.../fundicion-acero.jpg
En esta lección se estudiará los procesos de:
-Obtención de hierro y acero.
- Obtención de Harina de trigo.

116
Obtención de Hierro y Acero
fuente:www.sapiensman.com/.../docs/images/acero.jpg
Generalidades: No se conoce con exactitud la fecha en que se descubrió la

técnica de fundir mineral de hierro para producir un metal susceptible de ser
utilizado. Los primeros utensilios de hierro descubiertos por los arqueólogos en
Egipto datan del año 3000 a.C., y se sabe que antes de esa época se empleaban
adornos de hierro. Los griegos ya conocían hacia el 1000 a.C. la técnica, de cierta
complejidad, para endurecer armas de hierro mediante tratamiento térmico.
Las aleaciones producidas por los primeros artesanos del hierro (y, de hecho,
todas las aleaciones de hierro fabricadas hasta el siglo XIV d.C.) se clasificarían
en la actualidad como hierro forjado. Para producir esas aleaciones se calentaba
una masa de mineral de hierro y carbón vegetal en un horno o forja con tiro
forzado. Ese tratamiento reducía el mineral a una masa esponjosa de hierro
metálico llena de una escoria formada por impurezas metálicas y cenizas de
carbón vegetal. Esta esponja de hierro se retiraba mientras permanecía
incandescente y se golpeaba con pesados martillos para expulsar la escoria y
soldar y consolidar el hierro. El hierro producido en esas condiciones solía
contener un 3% de partículas de escoria y un 0,1% de otras impurezas. En
ocasiones esta técnica de fabricación producía accidentalmente auténtico acero
en lugar de hierro forjado. Los artesanos del hierro aprendieron a fabricar acero
calentando hierro forjado y carbón vegetal en recipientes de arcilla durante varios
días, con lo que el hierro absorbía suficiente carbono para convertirse en acero
auténtico.
Después del siglo XIV se aumentó el tamaño de los hornos utilizados para la
fundición y se incrementó el tiro para forzar el paso de los gases de combustión
por la carga o mezcla de materias primas. En estos hornos de mayor tamaño el
mineral de hierro de la parte superior del horno se reducía a hierro metálico y a
continuación absorbía más carbono como resultado de los gases que lo
atravesaban. El producto de estos hornos era el llamado arrabio, una aleación que
117
funde a una temperatura menor que el acero o el hierro forjado. El arrabio se

refinaba después para fabricar acero.
La producción moderna de acero emplea altos hornos que son modelos

perfeccionados de los usados antiguamente. El proceso de refinado del arrabio
mediante chorros de aire se debe al inventor británico Henry Bessemer, que en
1855 desarrolló el horno o convertidor que lleva su nombre. Desde la década de
1960 funcionan varios minihornos que emplean electricidad para producir acero a
partir de material de chatarra. Sin embargo, las grandes instalaciones de altos
hornos continúan siendo esenciales para producir acero a partir de mineral de
hierro. La tecnología relacionada con la producción del hierro y sus aleaciones, en
especial las que contienen un pequeño porcentaje de carbono, que constituyen los
diferentes tipos de acero. A veces, las diferencias entre las distintas clases de
hierro y acero resultan confusas por la nomenclatura empleada.
En general, el acero es una aleación de hierro y carbono a la que suelen añadirse

otros elementos. Algunas aleaciones denominadas „hierros‟ contienen más
carbono que algunos aceros comerciales. El hierro de crisol abierto y el hierro
forjado contienen un porcentaje de carbono de sólo unas centésimas. Los distintos
tipos de acero contienen entre el 0,04 y el 2,25% de carbono. El hierro colado, el
hierro colado maleable y el arrabio contienen entre un 2 y un 4% de carbono. Hay
una forma especial de hierro maleable que no contiene casi carbono alguno. Para
fabricar aleaciones de hierro y acero se emplea un tipo especial de aleaciones de
hierro denominadas ferroaleaciones, que contienen entre un 20 y un 80% del
elemento de aleación, que puede ser manganeso, silicio o cromo.
Descripción del producto: Con el fin de estandarizar la composición de los

diferentes tipos de aceros que hay en el mercado la Society of Automotive
Engineers (SAE) y el American Iron and Steel Institute (AISI) han establecido
métodos para identificar los diferentes tipos de acero que se fabrican. Ambos
sistemas son similares para la clasificación; En ambos sistemas se utilizan cuatro
o cinco dígitos para designar al tipo de acero. En el sistema AISI también se indica
el proceso de producción con una letra antes del número.
Primer dígito. Es un número con el que se indica el elemento predominante de

aleación. 1= carbón, 2= níquel, 3=níquel cromo, 4=molibdeno, 5=cromo, 6=cromo
vanadio, 8=triple aleación, 9 silicio magnesio.
El segundo dígito. Es un número que indica el porcentaje aproximado en peso del

elemento de aleación, señalado en el primer dígito. Por ejemplo un acero 2540,
indica que tiene aleación de níquel y que esta es del 5%.
Los dígitos 3 y 4. Indican el contenido promedio de carbono en centésimas, así en

el ejemplo anterior se tendría que un acero 2540 es un acero con 5% de níquel y
.4% de carbón.
118
Cuando en las clasificaciones se tiene una letra al principio esta indica el proceso
que se utilizó para elaborar el acero, siendo los prefijo los siguientes:
A = Acero básico de hogar abierto

B = Acero ácido de Bessemer al carbono
C= Acero básico de convertidos de oxígeno
D = Acero ácido al carbono de hogar abierto
E = Acero de horno eléctrico
A10XXX
A= Proceso de fabricación
10 = Tipo de acero
X = % de la aleación del tipo de acero
X X= % de contenido de carbono en centésimas.
Clasificación del acero: Los diferentes tipos de acero se agrupan en cinco clases
principales: aceros al carbono, aceros aleados, aceros de baja aleación ultra
resistente, aceros inoxidables y aceros de herramientas.
Aceros al carbono: Más del 90% de todos los aceros son aceros al carbono.
Estos aceros contienen diversas cantidades de carbono y menos del 1,65% de
manganeso, el 0,60% de silicio y el 0,60% de cobre. Entre los productos
fabricados con aceros al carbono figuran máquinas, carrocerías de automóvil, la
mayor parte de las estructuras de construcción de acero, cascos de buques,
somieres y horquillas o pasadores para el pelo.
Aceros aleados: Estos aceros contienen una proporción determinada de vanadio,

molibdeno y otros elementos, además de cantidades mayores de manganeso,
silicio y cobre que los aceros al carbono normales. Estos aceros se emplean, por
ejemplo, para fabricar engranajes y ejes de motores, patines o cuchillos de corte.
Aceros de baja aleación ultra resistente: Esta familia es la más reciente de las
cinco grandes clases de acero. Los aceros de baja aleación son más baratos que
los aceros aleados convencionales ya que contienen cantidades menores de los
costosos elementos de aleación. Sin embargo, reciben un tratamiento especial
que les da una resistencia mucho mayor que la del acero al carbono. Por ejemplo,
los vagones de mercancías fabricados con aceros de baja aleación pueden
transportar cargas más grandes porque sus paredes son más delgadas que lo que
sería necesario en caso de emplear acero al carbono.
Además, como los vagones de acero de baja aleación pesan menos, las cargas
pueden ser más pesadas. En la actualidad se construyen muchos edificios con
estructuras de aceros de baja aleación. Las vigas pueden ser más delgadas sin
disminuir su resistencia, logrando un mayor espacio interior en los edificios.
119
Aceros inoxidables: Los aceros inoxidables contienen cromo, níquel y otros

elementos de aleación, que los mantienen brillantes y resistentes a la herrumbre y
oxidación a pesar de la acción de la humedad o de ácidos y gases corrosivos.
Algunos aceros inoxidables son muy duros; otros son muy resistentes y mantienen
esa resistencia durante largos periodos a temperaturas extremas. Debido a sus
superficies brillantes, en arquitectura se emplean muchas veces con fines
decorativos. El acero inoxidable se utiliza para las tuberías y tanques de refinerías
de petróleo o plantas químicas, para los fuselajes de los aviones o para cápsulas
espaciales.
También se usa para fabricar instrumentos y equipos quirúrgicos, o para fijar o

sustituir huesos rotos, ya que resiste a la acción de los fluidos corporales. En
cocinas y zonas de preparación de alimentos los utensilios son a menudo de acero
inoxidable, ya que no oscurece los alimentos y pueden limpiarse con facilidad.
Aceros de herramientas: Estos aceros se utilizan para fabricar muchos tipos de

herramientas y cabezales de corte y modelado de máquinas empleadas en
diversas operaciones de fabricación. Contienen volframio, molibdeno y otros
elementos de aleación, que les proporcionan mayor resistencia, dureza y
durabilidad.
Estructura del acero: Las propiedades físicas de los aceros y su comportamiento

a distintas temperaturas dependen sobre todo de la cantidad de carbono y de su
distribución en el hierro. Antes del tratamiento térmico, la mayor parte de los
aceros son una mezcla de tres sustancias: ferrita, perlita y cementita. La ferrita,
blanda y dúctil, es hierro con pequeñas cantidades de carbono y otros elementos
en disolución. La cementita, un compuesto de hierro con el 7% de carbono
aproximadamente, es de gran dureza y muy quebradiza. La perlita es una
profunda mezcla de ferrita y cementita, con una composición específica y una
estructura característica, y sus propiedades físicas son intermedias entre las de
sus dos componentes.
La resistencia y dureza de un acero que no ha sido tratado térmicamente depende

de las proporciones de estos tres ingredientes. Cuanto mayor es el contenido en
carbono de un acero, menor es la cantidad de ferrita y mayor la de perlita: cuando
el acero tiene un 0,8% de carbono, está por completo compuesto de perlita. El
acero con cantidades de carbono aún mayores es una mezcla de perlita y
cementita. Al elevarse la temperatura del acero, la ferrita y la perlita se
transforman en una forma alotrópica de aleación de hierro y carbono conocida
como austenita, que tiene la propiedad de disolver todo el carbono libre presente
en el metal. Si el acero se enfría despacio, la austenita vuelve a convertirse en
ferrita y perlita, pero si el enfriamiento es repentino la austenita se convierte en
martensita, una modificación alotrópica de gran dureza similar a la ferrita pero con
carbono en solución sólida.
120
Lingotes y colada continua: Para fabricar los diferentes objetos útiles en la

industria metal metálica, es necesario que el hierro se presente en barras,
láminas, alambres, placas, tubos o perfiles estructurales, los que se obtienen de
los procesos de rolado. El proceso de rolado consiste en pasar a un material por
unos rodillos con una forma determinada, para que al aplicar presión el material
metálico adquiera la forma que se necesita. El material metálico que se alimenta a
los rodillos debe tener una forma determinada, esta forma se obtiene al colar en
moldes el metal fundido que será procesado, a estos productos se les llama
lingotes o lupias y pueden ser secciones rectangulares, cuadradas o redondas.
Los lingotes (cilindros con un extremo menor que el otro) o lupias (lingotes de gran
tamaño con secciones rectangulares) pueden tener desde 25 kg hasta varias
toneladas, todo dependerá de para qué se van a utilizar y para con qué tipo de
rodillos se van a procesar.
Colada continua: Cuando se requiere un material de sección constante y en

grandes cantidades se puede utilizar el método de la colada continua, el cuan
consiste en colocar un molde con la forma que se requiere debajo de un crisol, el
que con una válvula puede ir dosificando material fundido al molde. Por gravedad
el material fundido pasa por el molde, el que está enfriado por un sistema de agua,
al pasar el material fundido por el molde frío se convierte en pastoso y adquiere la
forma del molde. Posteriormente el material es conformado con una serie de
rodillos que al mismo tiempo lo arrastran hacia la parte exterior del sistema. Una
vez conformado el material con la forma necesaria y con la longitud adecuada el
material se corta y almacena. Por este medio se pueden fabricar perfiles, varillas y
barras de diferentes secciones y láminas o placas de varios calibres y longitudes.
La colada continua es un proceso muy eficaz y efectivo para la fabricación de
varios tipos de materiales de uso comercial.
Propiedades físicas y químicas de materias primas: Para la producción de

hierro y acero son necesarios cuatro elementos fundamentales:
• Mineral de hierro: El hierro sólo existe en estado libre en unas pocas

localidades, en concreto al oeste de Groenlandia. También se encuentra en los
meteoritos, normalmente aleado con níquel. En forma de compuestos químicos,
está distribuido por todo el mundo, y ocupa el cuarto lugar en abundancia entre los
elementos de la corteza terrestre; después del aluminio, es el más abundante de
todos los metales. El principal mineral de hierro es la hematita. Otros minerales
importantes son la goetita, la magnetita, la siderita y el hierro del pantano
(limonita). La pirita, que es un sulfuro de hierro, no se procesa como mineral de
hierro porque el azufre es muy difícil de eliminar. También existen pequeñas
cantidades de hierro combinadas con aguas naturales y en las plantas; además,
es un componente de la sangre.
Los principales minerales de los que se extrae el hierro son:
121
Hematita (merma roja) 70% de hierro

Magnetita (merma negra) 72.4% de hierro
Siderita (merma café pobre) 48.3% de hierro
Limonita (merma café) 60-65% de hierro
La merma café es la mejor para la producción de hierro, existen grandes

yacimientos de este mineral en Estados Unidos y en Suecia. En todo el mundo se
pueden encontrar grandes cantidades de pirita, pero no es utilizable por su gran
contenido de azufre.
• Coque: Residuo duro y poroso que resulta después de la destilación destructiva

del carbón. El coque se emplea como agente reductor para la fundición de hierro y
como combustible; tiene un color gris negruzco y un brillo metálico. Contiene
fundamentalmente carbono, alrededor del 92%; casi el 8% restante es ceniza. El
poder calorífico del coque es muy elevado.
• Piedra caliza: Tipo común de roca sedimentaria, compuesta por calcita

(carbonato de calcio, CaCO3). Cuando se calcina (se lleva a alta temperatura) da
lugar a cal (óxido de calcio, CaO). La caliza cristalina metamórfica se conoce
como mármol. Muchas variedades de caliza se han formado por la unión de
caparazones o conchas de mar, formadas por las secreciones de CaCO3 de
distintos animales marinos. La creta es una variedad porosa y con grano fino
compuesta en su mayor parte por caparazones de foraminíferos; la lumaquela es
una caliza blanda formada por fragmentos de concha de mar. Una variedad,
conocida como caliza oolítica, está compuesta por pequeñas concreciones
ovoides, cada una de ellas contiene en su núcleo un grano de arena u otra
partícula extraña alrededor de la cual se ha producido una deposición. Ciertos
tipos de caliza se usan en la construcción, como la piedra de cantería.
• Aire: Las tres primeras sustancias se extraen de minas y son transportadas y

preparadas antes de que se introduzcan al sistema en el que se producirá el
arrabio; El arrabio es un hierro de poca calidad, su contenido de carbón no está
controlado y la cantidad de azufre rebasa los mínimos permitidos en los hierros
comerciales. Sin embargo es el producto de un proceso conocido como la fusión
primaria del hierro y del cual todos los hierros y aceros comerciales proceden.
A la caliza, el coque y el mineral de hierro se les prepara antes de introducirse al

alto horno para que tengan la calidad, el tamaño y la temperatura adecuada, esto
se logra por medio del lavado, triturado y cribado de los tres materiales.
Descripción de las etapas: En general los altos hornos tienen un diámetro

mayor a 8 m y llegan a tener una altura superior de los 60 m. Están revestidos de
refractario de alta calidad.
Los altos hornos pueden producir entre 800 y 1600 toneladas de arrabio cada 24
h. La caliza, el coque y el mineral de hierro se introducen por la parte superior del
122
horno por medio de vagones que son volteados en una tolva. Para producir 1000
toneladas de arrabio, se necesitan 2000 toneladas de mineral de hierro, 800
toneladas de coque, 500 toneladas de piedra caliza y 4000 toneladas de aire
caliente. Con la inyección de aire caliente a 550°C, se reduce el consumo de
coque en un 70%. Los sangrados del horno se hacen cada 5 o 6 horas, y por cada
tonelada de hierro se produce 1/2 de escoria.
Diagrama de flujo
123
Diferentes procesos de producción de hierro y acero: Una vez obtenido el

arrabio o el hierro esponja es necesario refinar al hierro para que se transforme en
material útil para diferentes objetos o artefactos, o sea en hierro o acero comercial.
Los principales procesos de fabricación de los hierros y aceros comerciales son:
pudelado, tratamiento térmico en horno Bessemer, proceso BOF, tratamiento en
horno de hogar abierto, de arco eléctrico, de refinación o de cubilote, estos difieren
en el tipo de alimentación, las condiciones, el sistema de calentamiento y el tipo y
pureza de acero o hierro obtenidos.
Otros métodos de refinado del hierro: Aunque casi todo el hierro y acero que se
fabrica en el mundo se obtiene a partir de arrabio producido en altos hornos, hay
otros métodos de refinado del hierro que se han practicado de forma limitada. Uno
de ellos es el denominado método directo para fabricar hierro y acero a partir del
mineral, sin producir arrabio. En este proceso se mezclan mineral de hierro y
coque en un horno de calcinación rotatorio y se calientan a una temperatura de
unos 950 ºC. El coque caliente desprende monóxido de carbono, igual que en un
alto horno, y reduce los óxidos del mineral a hierro metálico. Sin embargo, no
tienen lugar las reacciones secundarias que ocurren en un alto horno, y el horno
de calcinación produce la llamada esponja de hierro, de mucha mayor pureza que
el arrabio.
También puede producirse hierro prácticamente puro mediante electrólisis

haciendo pasar una corriente eléctrica a través de una disolución de cloruro de
hierro. Ni el proceso directo ni el electrolítico tienen importancia comercial
significativa.
Principales aplicaciones: Aceros finos de construcción general: Necesidades

generales de la ingeniería de construcción, tanto industrial como civil y
comunicaciones
Aceros para usos especiales:
Grupos 1 y 2: Tornillería, tubos y perfiles.

Grupo 3: Núcleos de transformadores, motores de bobinado.
Grupo 4: Piezas de unión de materiales férricos con no férricos sometidos a
temperatura.
Grupo 5: Instalaciones químicas, refinerías y para altas temperaturas.
Aceros resistentes a la oxidación y corrosión:
Grupo 1: Cuchillería, elementos de máquinas hidráulicas, instalaciones sanitarias,

piezas en contacto con agentes corrosivos.
Grupos 2 y 3: Piezas de hornos emparrillados, válvulas y elementos de motores de
explosión y, en general, piezas cometidas a corrosión y temperatura.
124
Aceros para herramientas:
Grupo 1: maquinaria de trabajos ligeros en general, desde la carpintería y agrícola,

hasta de máquinas.
Grupos 2, 3 y 4: Para maquinaria con trabajos más pesados.
Grupo 5: Para trabajos y operaciones de desbaste y de mecanización rápida que
no requieran gran precisión.
Aceros de moldeo: Piezas de formas geométricas complicadas, con características

muy variadas. Estrictamente hablando no difieren de los aceros de otras series y
grupos más que en su moldeabilidad.
Obtención de Harina de Trigo
fuente:www.ergisa.cl/pic_maquinarias/molino_seco.gif
Generalidades: Los cereales han constituido en la historia de la humanidad la

principal fuente de nutrientes, están relacionados al origen de las diferentes
civilizaciones y culturas de cada uno de los pueblos. Se ha pensado que el
hombre paso de nómada a sedentario cuando aprendió a cultivar cereales, pero
realmente que lo motivo a cultivar se cree que fue el hambre lo que empujo a
nuestros antepasados a sembrar principalmente cereales, convirtiéndose de esta
forma en el sustento diario de muchas culturas, pueblos y civilizaciones del
planeta.
De tal manera que las culturas antiguas de Babilonia y Egipto, de Roma y Grecia y
más tarde del norte y Oeste de Europa se formaron alrededor del trigo, la cebada,
el centeno y la avena; las culturas precolombinas Inca, Maya y azteca y americana
alrededor del maíz, los pueblo asiáticos alrededor del arroz, los pueblos africanos
alrededor del mijo y sorgo y la quinua en los pueblos del continente Suramericano.
Las civilizaciones han sido fundadas con una base agrícola que no ha sido
diferente que la de los cereales, ya que las primeras especies domesticadas por el
125
hombre tenían algunas características importantes para la tecnología de alimentos

como:
• Facilidad de conservación
• Almacenamiento de las semillas
• Elevado contenido de almidón
• Igual periodo de maduración
• Igual periodo de germinación
• Semillas más grandes en el caso del maíz
Cuanto más se iban modificando las plantas de los cereales, más se dedicaba el
hombre a la agricultura, haciéndose gradualmente más productiva, ya que dejaba
de lado la caza y la recolección, además la dieta del hombre cambio, porque dejo
de recolectar plantas silvestres y empezó a consumir las especies mejoradas.
Actualmente las especies cultivadas son alrededor de 130 diferentes a los miles
de especies recolectadas por nuestros antepasados. Según estudios realizados el
85% de los alimentos proviene de 8 especies, entre los que están el arroz, el trigo
y el maíz que se constituyen en el 50% del suministro de alimento.
Los granos de cereales más cultivados a nivel mundial y en Colombia en orden de

producción son: trigo, arroz, maíz, cebada, avena, sorgo, centeno, mijo, triticale y
quinua.
Se piensa que el origen del trigo es multifocal, debido a la gran cantidad de

especies de trigo silvestre que se ha encontrado en diferentes regiones; algunos
arqueólogos han determinado que tiene sus orígenes en la antigua Mesopotamia,
de acuerdo a estudios realizados se ha comprobado que el trigo proviene de Siria,
Jordania, Turquía e Irak. El trigo cultivado en Europa desde el Neolítico hace parte
de la alimentación humana en los países templados. En cuanto al cultivo se piensa
que Egipto, fué el primer país en el que se plantó, a orillas del río Nilo; la historia
sagrada habla que cuando el hombre se extendió a Canaán, fueron enviados José
y sus hermanos por su padre Jacob a buscar trigo a Egipto. Los pueblos primitivos
empleaban este cereal de diversas formas, así por ejemplo el grano tierno lo
consumían en forma natural o tostado, también trituraban el trigo entre piedras o
morteros, hacían harina para hacer pan que lo cocinaban en las cenizas.
Posteriormente se hizo crecer el pan adicionándole levadura.
Descripción del producto
Harina: Es el producto obtenido de la molienda del endospermo del grano de trigo,

es la harina que posee las características para la elaboración de pan, ya que
contiene dos proteínas insolubles (gliadina y glutenina), que al unirse en presencia
de agua forman el gluten. Dentro de sus características más generales se tienen:
Color: blanco o marfil claro

Extracción: se obtienen en el proceso de molienda. El grado de extracción indica
que por cada 100 Kg de trigo se obtiene del 72 al 75% de harina.
126
Absorción: consiste en la capacidad para absorber y retener agua durante el

amasado, las harinas con mayor cantidad de proteínas son las que presentan
mayor absorción.
Fuerza: es el poder de la harina para hacer panes de buena calidad. se refiere a la
cantidad y calidad de proteínas que posee la harina.
Tolerancia: capacidad para soportar fermentaciones prolongadas sin que se
deteriore la masa.
Maduración: se deben dejar reposar para mejorar las características panaderas.
Enriquecimiento: las harinas se enriquecen con vitaminas y minerales permitidos.
Variedades mundiales y colombianas: Trigo común, trigo durum, trigo club.
Sugamuxi, Bola, Hunza, Crespo, Bonza.
Diagrama de flujo
Descripción de las etapas
Recepción y almacenamiento: El grano de trigo llega a las empresas

procesadoras o a los molinos a granel o en bultos de material de fique en
camiones. Se realiza un muestreo representativo de la cantidad de grano que se
va a almacenar, la muestra se lleva al laboratorio para determinar % de humedad,
% de impurezas, % de granos dañados y el puntaje. El grano se almacena en silos
127
construidos en láminas galvanizadas o en cemento y los granos empacados se

almacenan en bodegas adecuadas con buena ventilación, iluminación y
circulación de aire los bultos se colocan sobre estivas de madera ubicadas a 20
cm. del piso.
Limpieza: Antes de realizar la molienda es necesario retirar todas las impurezas

del grano, consiste en someter al grano primero ya sea a la acción de aire por
presión o a través de tamices metálicos superpuestos colocados en bases que se
agitan en movimientos de vaivén o rotatorios, en el primer tamiz quedan las
purezas como el grano de otros cereales de mayor tamaño que el trigo y de
espigas, en el segundo tamiz se queda el grano dejando pasar las impurezas más
pequeñas que el trigo, posterior a esta separación se somete el grano a unos
separadores de aire, en donde se elimina el polvo que ha podido quedar adherido
al trigo.
Acondicionamiento: Este proceso consiste en ajustar la humedad del grano para

facilitar la separación de la cáscara y el salvado del endospermo y así mejorar la
eficiencia y calidad de la molienda, el salvado se endurece y se acondiciona el
almidón del endospermo. El grano se somete a la adición de agua con un posterior
reposo alcanzando una humedad del 15-15.5 % para trigos blandos y de 16.5%
para trigos duros a una temperatura inferior de 45 C.
El reposo depende del tipo de trigo, es así que si es un trigo duro destinado a la
elaboración de harinas para panificación el tiempo de reposos es de 2- 36 horas,
si el trigo es blando destinado a la elaboración de porqués, tortas y galletas se
requiere de 8 horas para el reposo y para que la humedad penetre y se distribuya
a través del endospermo por todo el grano.
Con el acondicionamiento del grano:

• Se facilita la separación del salvado del endospermo.
• Se aumenta la tenacidad del salvado evitándose su pulverización.
• Se facilita la posterior desintegración del endospermo.
• Se consigue un cernido más fácil y eficiente.
• Ahorro de energía por el grano más blando.
Molienda: La molienda del trigo consiste en reducir el tamaño del grano a través
de molinos de rodillos. Primero se separa el salvado y el germen del endospermo
y luego se reduce este ultimo hasta obtener la harina. El objetivo de la molienda es
maximizar el rendimiento de la harina con el mínimo contenido de salvado. El
proceso de molienda consiste en dos etapas la de ruptura y la de reducción, la
molienda se realiza gradualmente, obteniéndose en cada etapa una parte de
harina y otra de partículas de mayor tamaño.
Trituración: El grano de trigo después de haber sido limpiado y acondicionado, se

pasa por el primer juego de rodillos para ser triturado. La velocidad del cilindro
superior es 2.5 mayor que la del cilindro inferior. En cada ciclo se obtienen:
128
• Trozos grandes de grano que van al siguiente triturador de rodillos estriados

• Sémola impura que va a los sasores
• Una pequeña parte de harina que va a las bolsas o a los silos
Cribado: Los cribadores o cernidores están constituidos por una serie de tamices,
los cuales tienen la función de separar el producto que entra a la máquina
proveniente de los molinos principalmente de trituración. La función del cernido es
la de separar el producto en las tres fracciones principales. Estas máquinas por lo
general son cernidores centrífugos o plansichters.
Purificación: Posterior a la trituración se realiza la eliminación del salvado y

clasificación de las sémolas por grosor a través de tamices y purificadores. Los
sasores están constituidos por tamices oscilantes a través de los cuales circula
una corriente de aire de abajo hacia arriba, que arrastra las partículas de salvado,
atravesando los trozos de endospermo el tamiz ya que son más densos al estar
limpio. El objetivo de los sasores es limpiar la sémola impura y clasificarla según el
tamaño y pureza para la molienda en los cilindros de reducción. Antes de entrar el
producto a los sasores es necesario desempolvarlo, eliminado la harina que esta
adherida.
Reducción: El objetivo de la reducción es moler las sémolas y las semolinas

purificadas y convertirlas en harina. Los cilindros de comprensión reducen las
partículas de sémola hasta una finura de harina además elimina algunas partículas
de salvado y germen que pueden quedar, esta operación se realiza con un
cernido. Este proceso se realiza varias veces hasta que queda eliminada la mayor
parte de semolina extraíble.
Blanqueo: La harina tiene un pigmento amarillo compuesto por un 95% de 95%

Xantofila o de sus esteres, sin interés nutritivo. El blanqueo del pigmento natural
del endospermo de trigo por oxidación, se produce rápidamente cuando se expone
la harina al aire, más lentamente si se expone la harina a granel, y se puede
acelerar por tratamiento químico. Los principales agentes utilizados ó
anteriormente utilizados en el blanqueo de la harina son: Peróxido de Nitrógeno
(NO2), Cloro gaseoso, Tricloro de Nitrógeno, Cl2, Dióxido de cloro, Peróxido de
Benzoilo, Peróxido acetona.
Empaque: El producto se empaca en bolsas de polietileno o bultos de

polipropileno, para protegerlo de la humedad, del ataque de microorganismos,
insectos o roedores durante el almacenamiento.
Principales aplicaciones
Panificación: La industria de la panificación es una de las más antiguas del

mundo, encontrándose pruebas que ha existido desde la época de los faraones,
es la industria a la que se le ha dado mayor importancia en la alimentación
humana. El desarrollo ha sido gradual enfocado a mejorar la calidad, el uso y
129
aprovechamiento de las materias primas. Según la norma ICONTEC 1363 se

define como pan común al producto poroso obtenido de la cocción de una masa
preparada con una mezcla esencialmente compuesta de harina de trigo, levadura,
agua potable y sal, la cual puede contener grasa de origen vegetal o animal, aceite
hidrogenado, mantequilla, lecitina, margarina, diastasa y clorhidrato de lisina y
huevo.
Pastas Alimenticias: Las pastas alimenticias se obtienen por secado de una

masa no fermentada, elaborada con sémolas, semolinas de harina de trigo duro o
semiduro. Según la norma ICONTEC No 1055. Pastas alimenticias son: productos
preparados mediante el secado apropiado de las figuras formadas del amasado
con agua, de derivados del trigo u otras farináceas aptas para el consumo humano
o combinación de las mismas. Pastas alimenticias especiales: pastas adicionadas
con vegetales tales como acelgas, espinacas, tomates o pimentones.
Galletería: Según la norma ICONTEC galletas se define como: productos

obtenidos mediante el horneo apropiado de las figuras formadas del amasado con
agua, derivados del trigo u otras farináceas aptas para el consumo humano. De la
elaboración de galletas y la gran variedad que se encuentra en el mercado, ha
resultado una gran industria del sector alimentario por tal razón es interesante
conocer cada uno de los componentes o materias primas empleadas, el proceso y
la conservación. La masa para la producción de galletas no esponja por acción
biológica ya que no se emplean levaduras y no hay fermentación.
DIAGRAMA DE FLUJO
fuente.patentados.com/img/2005/procedimiento-e-insta
130
Tratamiento de residuos: Los residuos en la industria de los cereales son

principalmente sólidos de diferentes tamaños resultantes de los procesos de
molienda, cribado y tamizado. Los más finos se recogen con la ayudad de filtros
de tamaño de poro muy reducido. El salvado que no puede usarse como fibra
dietaría se utiliza aprovechando su poder calorífico, como combustible en
calderas.
TALLER.
1.- En su lugar de trabajo, residencia o estudio determine 5 ejemplos de

operaciones con sólidos y posible equipos que controles estas operaciones.
2.- Para el producto químico escogido determine las operaciones con sólidos
presentes y para este determine los posibles elementos de control necesarios, así
como el preliminar de diseño de los posibles equipos.
3.- Con la receta de cocina escogida determine todos los sólidos presentes y la
forma de incorporarlos al proceso y las cantidades necesarias expresadas en
unidades del sistema internacional.
131
CAPITULO 5. Fenómenos de Transferencia de Calor.
fuente:airpixel.org/.../bujias/funcionamiento.gif
En este capítulo se estudiaran los mecanismos para la transferencia de calor

como son la ley de la conservación de energía, los balances energéticos que son
necesarios para conocer los equipos que se requieren para poder culminar con
éxito un proceso, los circuitos térmicos necesarios para la optima calidad de un
producto y su entrega a cliente, además de la aplicación industrial.
Lección 21. Conservación de energía y balances de calor.
fuente:www.casasactuales.com/.../imagenes/Cap017.gif
132
Conservación de energía: Para llevar a cabo los balances de materia se usó la

ley de conservación de la masa, la cual indica que la masa que entra al sistema es
igual a la que sale más la acumulada en el proceso. De manera similar se puede
enunciar la ley de conservación de la energía, la cual postula que toda la energía
que entra a un proceso es igual a la que sale más la que queda en el proceso. En
otras palabras la energía no se crea ni se destruye únicamente se transforma.
Por lo cual la energía puede manifestarse o transformar de varias maneras.

Algunas de sus formas más comunes son la entalpía, la energía eléctrica, la
energía química (en términos de la ΔH de la reacción), la energía cinética, la
energía potencial, el trabajo y el flujo de calor. En muchos casos de ingeniería de
proceso, que casi siempre se llevan a cabo a presión constante, la energía
eléctrica, la energía potencial y el trabajo, no están presentes o resultan
despreciables. De esta manera, sólo es necesario tomar en cuenta la entalpía de
los materiales (a presión constante), la energía normal de la reacción química
(ΔH‟) a 25 ºC, y el calor añadido o extraído. A esto se le llama balance de calor.
Balances de calor: Para establecer un balance de calor en estado estable se

usan métodos similares a los aplicados en los balances de materia. La energía o
calor que entra a un proceso con los materiales alimentados, más la energía neta
que se añade al proceso, es igual a la energía de salida de los materiales.
Expresando esto de forma matemática,
Ecuación 57
donde ΣHR es la suma de las entalpías de todos los materiales que entran al
proceso de reacción con respecto al estado de referencia para el calor normal de
reacción a 298 K y 101.32 kPa. Si la temperatura de entrada es superior a 298 K,
esta suma será positiva.
ΔH0298 = calor normal de reacción a 298 K y 101.32 kPa.

La reacción aporta calor al proceso, por lo que el signo negativo de ΔH 0298 se
considera como entrada positiva de calor para una reacción exotérmica.
q=energía neta o calor añadido al sistema. Si el sistema desprende calor, este

término será negativo.
ΣHp= suma de entalpías de todos los materiales de salida con respecto al estado
normal de referencia a 298 K (25 ºC).
Adviértase que si los materiales de entrada a un proceso están por debajo de

298K, ΣHR será negativa.
Es necesario tomar precauciones para no confundir los signos de los términos en

la ecuación 57. Si no se produce una reacción química entonces hay un simple
133
calentamiento, enfriamiento o cambio de fase. El uso de la ecuación (1-17) se

ilustrará con diversos ejemplos. Por conveniencia, para el cálculo es costumbre
llamar a los términos del lado izquierdo de la ecuación (1-17) términos de entrada,
y a los de la derecha, términos de salida.
Ejemplo 18:
Un medio de fermentación líquido a 30 ºC se bombea a velocidad de 2000 kg/h a

través de un calentador, donde su temperatura se eleva a 70 ºC bajo presión. El
agua caliente de desperdicio que se usa para el calentamiento entra a 95 ºC y sale
a 85ºC. La capacidad calorífica promedio del medio de fermentación es 4.06
kJ/kg.K, y la del agua, 4.21 kJ/kg.K. Las corrientes de fermentación y de agua de
desperdicio están separadas por una superficie metálica a través de la cual se
transfiere el calor y que impide la mezcla física de ambas.
Establezca un balance de calor completo para el sistema. Calcule el flujo del agua
y la cantidad de calor añadida al medio de fermentación; suponiendo que no hay
pérdidas en el sistema.
39. Diagrama de proceso

Ejemplo 18.
Solución: Es conveniente usar el estado normal de referencia a 298 K (25 ºC)

como base para el cálculo de las diversas entalpías.
De acuerdo con la ecuación 57, los términos de la expresión son los siguientes:
Términos de entrada. ΣHR de las entalpías de las dos corrientes con respecto a
298K (25 ºC) (nótese que ΔT = 30 - 25 ºC = 5 ºC = 5 K):
H(líquido) = (2000 kg/h) (4.06 kJ/kg.K) (5 K) = 4.060*104 kJ/h

H (agua) = W(4.21) (95 - 25) = 2.947 *102 W kJ/h (W= kg/h)
(-ΔH0298) = 0 (puesto que no hay reacción química)
q = 0 (puesto que no hay adición o pérdida de calor)
134
Términos de salida. ΣHp de las dos corrientes con respecto a 298 K (25ºC):
H(líquido) = 2000(4.06) (70 - 25) = 3.65 *105 kJ/h
H(agua) = W(4.21) (85 - 25) = 2.526*102 W kJ/h
Igualando entradas y salidas en la ecuación (1-17) y despejando W,
4.060 *104 + 2.947*102 W = 3.654*105 + 2.526*102 W

W = 7720 kg/h de flujo de agua
La cantidad de calor que se ha agregado al medio de fermentación es

simplemente la diferencia de las entalpías de los líquidos de salida y entrada:
H(líquido de salida) : H (líquido de entrada) = 3.654*105 - 4.060*104

= 3.248*105 kJ/h (90.25 kW)
Obsérvese en este ejemplo que, puesto que se supuso que las capacidades
caloríficas son constantes, se podría haber escrito un balance más simple como
éste:
calor que gana el líquido = calor que pierde el agua
2000(4.06)(70 - 30) = W(4.21)(95 - 85)
Entonces, al resolver la expresión, W= 7720 kg/h. Este balance simple produce

buenos resultados cuando Cp es constante; sin embargo, cuando el valor varía
con la temperatura y el material es un gas, sólo se dispone de valores de Cpm
entre 298 K (25 ºC) y T K y el método simple no puede usarse sin obtener nuevos
valores de Cpm a diversos intervalos de temperatura.
Mecanismos para la transferencia
Todo flujo de masa o energía implica una fuerza motriz que ha de vencer una
resistencia que se opone al flujo; en el caso de fluidos la fuerza motriz es una
presión que se aplica a la masa y vence la viscosidad que posee el fluido; el
resultado es un movimiento que puede ser medido por la magnitud conocida como
velocidad. La corriente eléctrica o intensidad eléctrica tiene lugar cuando una
diferencia de potencial eléctrico vence una resistencia eléctrica. Para la
transferencia de calor, la diferencia de temperaturas es la fuerza motriz que vence
una resistencia térmica para permitir el flujo de calor, así:
Ecuación 58
135
El flujo tiene como base de medida la cantidad de masa, peso o energía que se
transporta por unidad de tiempo.
Para el calor la magnitud a transportar es: calorías en el sistema CGS, kilocalorías

en MKS, BTU en el inglés o Julios en el internacional, siendo común para todas
ellas el segundo como unidad de tiempo. El flujo de calor, conocido por la letra q
se expresa como cantidad de calor Q transportada por unidad de tiempo t.
59
Dadas las cantidades de calor que se transfieren durante un proceso, se

acostumbra a usar Kcal/hr, BTU / hr ó Watios.
El calor fluyendo de cuerpos o zonas de cuerpos, de alta temperatura a cuerpos o

zona de cuerpos a baja temperatura lo hace fundamentalmente en uno ó más de
tres mecanismos de transferencia de calor.
Ellos son conocidos como CONDUCCION, CONVECCION Y RADIACION

mecanismos que en la práctica se presentan en forma individual o simultánea.
Para efectos de un estudio teórico, inicialmente se estudiará cada uno en forma

independiente para concluir con el estudio simultáneo de ellos.
Conducción
fuente:www.paritarios.cl/images/esp_extintores02.gif
La conducción es un mecanismo de transferencia que ocurre sustancialmente en

sólidos y en muy poco grado en fluidos y obedece al cambio de momentum o
136
cantidad de movimiento de los átomos o moléculas de los cuerpos por la variación

de la energía interna consecuencia de los cambios de temperatura.
En los sólidos el cambio de la cantidad de movimiento trae como consecuencia un

arrastre de electrones y en los fluidos en reposo colisiones en las moléculas.
Ocurre transferencia de calor por conducción en las paredes de un horno, en

placas metálicas de un radiador, en la base de una plancha, en paredes de
tuberías, en las cuales fluyen líquidos calientes, etc.
Cuando las caras de un objeto están expuestas a diferentes temperaturas ocurre

un flujo de calor de la zona de más alta temperatura a la de más baja temperatura.
Fourier, Biot y otros investigadores establecieron que el flujo de calor es

proporcional directamente al área a través de la cual fluye el calor, al gradiente o
diferencia de temperatura e inversa a la distancia que recorre el calor.
Ecuación 60
Siendo; q: el flujo de calor

A: el área normal o perpendicular al flujo
ΔT: gradiente o diferencia de temperatura
x :gradiente de distancia o recorrido.
En un comienzo Fourier estableció para cada sustancia una constante de

proporcionalidad K, llamada conductividad térmica para expresar:
Ecuación 61
Las unidades para conductividad térmica, deducidas de la ecuación 61 son:
137
Estudios posteriores demostraron que la conductividad térmica no es constante

sino que varía en mayor o menor grado con la temperatura; en la mayoría de los
sólidos la variación es muy pequeña pero en los líquidos y gases la variación es
muy amplia.
En los metales los valores de K son altos, en sólidos no metálicos los valores son
relativamente bajos en tanto que los líquidos y gases poseen valores bajos como
se aprecia en la lista siguiente:
61
62
[Escriba una
cita del documento o del resumen de un punto interesante. Puede situar el cuadro de texto en
cualquier lugar del documento. Utilice la ficha Herramientas de cuadro de texto para cambiar el
formato del cuadro de texto de la cita.]
En concordancia a un gradiente matemático que se toma como estado final menos

estado inicial. Dado que el flujo de calor obedece a un gradiente físico o diferencial
positivo de temperatura como se establece en la 2ª. ley de la termodinámica, en el
presente texto se empleará la ecuación 1-65 tomando siempre como gradiente de
temperatura, la diferencia entre la más alta y la más baja.
Ejemplo 19
Determinar el flujo de calor a través de la pared de un cuarto cuyas temperaturas

superficiales en la pared son -20 oC y 40 oC, la conductividad térmica del material
es de 0,8 Kcal/hr m oC y su espesor es de 10 cms.
Solución.-
Dado que no se especifica el área de la pared, se puede o bien calcular el flujo de

calor por unidad de superficie q/A, o el flujo de calor en 1 m 2 de pared.
La figura da una representación gráfica del flujo.
138
DIAGRAMA DE FLUJO DEL CALOR
Para la segunda opción, aplicando la ecuación 62 y con datos.
K = 0,8 Kcal / hr m oC
A = 1 m2
Δ T = 40 - (-20) oC = 60 oC
x = 0,1 m
Para aplicar la ecuación 61 el gradiente matemático de temperatura puede ser 60

o
C ó -60 oC, dependiendo de cual temperatura 40 ó -20 se toma como inicial.
Con la ecuación 62, se establece que el flujo de calor ocurre de la superficie que
está a 40 0C hacia la que está a -20 0C.
Ejemplo 20
En un ensayo para determinar la conductividad térmica de un material, se empleó
un bloque de 1 x 1 pies de área y 1 pulgada de espesor; cuando se tuvo un flujo
de 800 BTU/ hr a través del bloque, se registraron temperaturas de 80 y 120 oF en
cada una de sus caras.
Calcular el valor de la conductividad térmica.
139
Solución.
La figura representa gráficamente el flujo de calor
Aplicando la ecuación general de la transferencia por conducción, se obtiene el

valor de K así:
Para la resolución del problema, inicialmente deben establecerse unidades

consistentes, así:
con q = 800 BTU/hr
x = 1" = 1/12 pies = 0.083'
A = 1 x 1 pies = 1 pie2
ΔT = 120 oF - 80 oF = 40 oF
Luego
Convección
fuente:www.13psi.cl/admin/imagenes/419conveccion01%2
140
La convección es un fenómeno de transferencia que ocurre únicamente en los

fluidos y tiene lugar por la mezcla de porciones calientes de un material con
porciones frías del mismo.
Igualmente existe el mecanismo de convección cuando un fluido en movimiento

pasa sobre un cuerpo sólido ó a través de ductos o tuberías que se encuentran a
temperatura diferente a las del fluido.
En términos generales la convección ocurre cuando se tiene flujo de calor por

mezcla o turbulencia.
En el flujo laminar o de capas delgadas de los fluidos puede ocurrir transferencia

de calor por conducción pero normalmente tiende a cambiarse al mecanismo por
convección debido a la formación de remolinos o turbulencia causada por los
cambios de densidad con la temperatura.
En la práctica el flujo de calor por convección siempre va acompañado de flujo por

conducción debido a que el calor pasa a través de películas o capas laminares en
el mecanismo propio de la conducción y no es sencillo o no se acostumbra
considerarlos independientes para su aplicación.
En su estudio teórico cada mecanismo inicialmente se estudiará por separado,

pero en los problemas se plantearán situaciones concordantes con la realidad en
la que influyen por lo menos dos de los tres mecanismos existentes.
Transferencia de calor por convección ocurre en el calentamiento de una

habitación empleando un calentador eléctrico ó de vapor; en el calentamiento de
líquidos en recipientes, vasijas y en la industria en innumerables equipos que se
denominarán intercambiadores de calor y en los cuales el flujo de calor se efectúa
entre la superficie del equipo y el fluido que pasa en contacto con ella.
Para facilitar los cálculos de transferencia de calor entre una superficie que se
encuentra a una temperatura Ts y un fluido que se desplaza sobre ella a una
temperatura Tf si Ts>Tf se ha introducido un coeficiente de transferencia de calor,
h, y se aplica la ecuación
Ecuación 63
q = h A (Ts-Tf)
donde q que es el flujo de calor en dirección normal o perpendicular a la superficie

y h coeficiente de transferencia de calor por convección también conocido como
coeficiente de película y cuyas unidades son:
141
En sistema internacional
A diferencia de la conductividad térmica K, que es especifica para un material a

una temperatura dada, el coeficiente de película h, varía de acuerdo a la velocidad
del fluido, por consiguiente es función del ducto que transporta el fluido o del
tamaño del recipiente que lo contiene, igualmente es función de ciertas
propiedades del fluido como son calor específico, densidad, viscosidad y aún de la
misma conductividad térmica, propiedades que como bien se sabe varían con la
temperatura.
Ejemplo 21:
Una superficie transfiere 28 Btu / min ft2 a un fluido que se encuentra a 42 oF.
a) Determinar la temperatura de la superficie cuando el coeficiente de película es

de 40 Btu/hr ft 2 oF.
b) Determinar la temperatura del fluido cuando la superficie conserva su

temperatura y el coeficiente varia a 50 Btu/hr ft 2 oF.
Solución.
- En el problema, típico de convección se dispone para la parte
a) de los datos siguientes

q/A = 28 Btu / min ft2
Tf = 42 oF
h = 40 Btu / hr ft2 oF
La temperatura de la superficie puede obtenerse de la ecuación 2-6, en la que

puede tomarse como área de transferencia de calor 1 ft 2, o expresar la ecuación
como:
q/A = h(Ts-Tf), de esta expresión, Ts = q/Ah + Tf
Para aplicarla, se debe tener consistencia de unidades y el flujo por unidad de

área debe llevarse a horas, luego
142
Radiación
fuente:www.inamhi.gov.ec/imgs/dic/radiacion.jpg
Todo cuerpo emite radiaciones que se transmiten a través del espacio o a través
de ciertos cuerpos.
La naturaleza de estas radiaciones se ha planteado por diversas hipótesis, la de

Planck establece que las radiaciones están constituidas por fotones o paquetes de
energía también llamados quantum.
143
Maxwell en su teoría clásica establece que ellas son ondas electromagnéticas, las
dos teorías pueden conjugarse considerando que los paquetes de energía, de
carácter electromagnético, viajan en forma ondulatoria.
Acorde a la longitud de onda, las radiaciones producen efectos específicos, desde

los denominados rayos cósmicos cuyos efectos son de orden termonuclear hasta
las ondas hertzianas de amplio uso en las telecomunicaciones y su clasificación se
hace por dichos efectos.
Así y en secuencias de las más pequeñas longitudes a las más grandes longitudes
de onda se tiene:
Tabla 11 Longitudes de Onda para diferentes tipos de radiaciones
En todo el espectro se genera calor pero los efectos son notorios en la zona de los
rayos infrarrojos y la emisión o absorción de energía radiante térmica ocurre
principalmente para estas longitudes de onda.
La emisión o absorción de energía radiante en los sólidos y líquidos es un proceso

secuencial.
Para la emisión de energía, la temperatura interior genera la radiación que fluye
hacia el exterior y se emite a través de la superficie,.
Para la absorción, la radiación que llega al cuerpo, incide sobre la superficie del
mismo y penetra en él, en donde se va atenuando pero aumentando la
temperatura del cuerpo.
En la mayoría de los sólidos el efecto de la radiación incidente se atenúa a una

distancia muy pequeña de la superficie (distancia del orden de micras) y el
fenómeno recibe el nombre de RADIACION DE SUPERFICIE.
En los gases la radiación actúa sobre todo el volumen, bien sea emitida o
absorbida, en este caso se tiene la RADIACION GLOBAL.
144
No toda la radiación que incide sobre un cuerpo es absorbida por el mismo. Parte
es reflejada y en algunos la radiación pasa de largo. Igualmente no toda la
radiación disponible de un cuerpo es emitida, parte de ésta es retenida.
Los cuerpos ideales que absorben toda la energía radiante que incide sobre ellos
se llaman cuerpos negros, igual denominación reciben los cuerpos ideales que
emiten toda energía radiante disponible.
Los cuerpos reales que no absorben o emiten la totalidad de la energía radiante

que incide o disponible, reciben el nombres de cuerpos grises.
De acuerdo a como se comporta un cuerpo, respecto a la radiación que incide

sobre él, se clasifican en:
• Cuerpos Opacos: aquellos que absorben la casi totalidad de la energía radiante y

la convierten en calor, son la mayoría de cuerpos que existen en el universo.
• Cuerpos Transparentes: aquellos que dejan pasar la casi totalidad de la energía

radiante que llega de ellos, ejemplo de ellos son el cuarzo fundido, el vidrio
transparente y gases no polares.
• Cuerpos Reflexivos o Espejos Térmicos: aquellos que reflejan la mayor parte de

la radiación incidente, cuerpos metálicos con superficies opacas pulidas y los
espejos ópticos son ejemplos.
Los cuerpos de color negro y las superficies mate absorben la mayor parte de la
radiación incidente transformándolas cuantitativamente en calor.
Experimentalmente se ha establecido que la energía radiante emitida por un

cuerpo negro es proporcional a la cuarta potencia de la temperatura absoluta a la
cual se encuentra.
Ecuación 64
E α T4
Siendo E la energía radiante.
Los científicos, Stefan por métodos experimentales y Boltzman por deducciones

matemáticas establecieron que la constante de proporcionalidad llamada de
Stefan-Boltzman y representada por la letra δ, tiene valores de:
El flujo de calor por radiación implica un cuerpo emisor, con A 1 que se encuentra a
una temperatura T1 y un cuerpo receptor con A2 que se encuentra a una
temperatura T2, siendo T1>T2. Cuando los dos cuerpos son negros e infinitos, el
145
flujo de calor por radiación para el cuerpo de área A 2, que absorbe toda la
radiación del cuerpo de área A1 es
Ecuación 65
q = δ A1(T14 - T24)
Donde q es el flujo de calor en Btu/hr ó Kcal/hr ó Watios. La ecuación 2-16

expresa lo que se denomina la ley de Stefan-Boltzman.
Desde el punto de vista de radiación térmica, se llama cuerpo infinito aquel que
recibe toda la radiación que sale de otro cuerpo. El ejemplo más clásico es el de
una cuerpo A, encerrado totalmente por un cuerpo B, es decir un objeto dentro de
una caja o una esfera. Toda la radiación que sale del cuerpo A ó del objeto llega al
cuerpo B ó a la caja.
En el capítulo específico de radiación se estudiará la radiación de los cuerpos

grises, fundamentada en el fenómeno para los cuerpos negros.
Hoy por hoy, la radiación térmica adquiere una preponderante importancia en el

aprovechamiento de la fuente térmica más importante de la naturaleza como es el
sol.
Ejemplo 22
Calcular la energía radiante disponible de un cuerpo negro que se encuentra a 80

o
F.
Solución.- Para aplicar la ley Stefan-Boltzman se tiene
T = (80 + 460)0R = 540 0R y δ = 0,1714 x 10-8 Btu/hr ft2 0R4
E = δT4 = 0,1714 X 10-8 X 5404 BTU/hr ft2 0 = 145,7 BTU/hr ft2 0
Ya se mencionó como en la naturaleza o en la industria el flujo de calor se hace

por dos ó los tres mecanismos y es el empleo de la resistencia térmica R, lo que
nos permite trabajar la presencia simultánea de los mecanismos.
Circuito Térmico
En aplicaciones industriales se pueden presentar simultáneamente dos o los tres

mecanismos. En la conducción se puede presentar flujo a través de paredes
compuestas.
Para estos casos se introduce la analogía con los sistemas eléctricos y más
concretamente con los circuitos y resistencias. De la ecuación de flujo, igual a
fuerza sobre resistencia se obtienen las resistencias térmicas así:
146
Tabla 12.Resistencias Térmicas
Teniendo en los tres casos como unidades: h oF / BTU, h oC / Kcal, 0 / W
El concepto de resistencia permite emplear los llamados círcuitos térmicos, que de

acuerdo a los mecanismos o cuerpos involucrados serán en serie o en paralelo.
Figura 40. Circuitos térmicos
147
Lección 22: Procesos Térmicos
fuente:www.naturbo.com.mx/AMBIENTAL-75-02.JPG
La transmisión o transferencia de calor es una de las operaciones más aplicadas

en la industria.
La transferencia de calor puede realizarse en dos formas; la primera , única sin

otras operaciones y la segunda acompañada de transferencia de masa.
Las operaciones térmicas en las cuales no se tiene transferencia de masa ,

reciben el nombre de procesos térmicos, que contemplan no solamente
operaciones de elevación de temperatura sino aquellas que involucran bajas
temperaturas o frío.
La esterilización, día tras día , toma un lugar relevante en la industrialización de

los alimentos y aunque su aplicación data de siglo y medio atrás, continuamente
se investiga sobre ella, dada la incidencia , en cierto grado adversa a las
características organolépticas de los productos.
Los cambios de fase, siempre asociados a transmisión de calor, tienen aplicación

bien como operación complementaria en la destilación, o como operación de
conservación que involucra bajas temperaturas; la congelación, se constituye en
operación necesaria a partir desde el mismo manejo de alimentos en el hogar,
hasta proyecciones muy importantes en el manejo de alimentos listos o
precocidos. también se constituye la congelación como etapa previa a otra
importante operación especializada como es la liofilización.
148
Esterilización, Pasterización
La esterilización y la pasterización, son procesos físicos de amplia aplicación en la

industria de alimentos, en ellos se disminuye el contenido de bacterias o
microorganismos, a tal nivel que desaparece el riesgo de deterioro de un producto
y este puede ser conservado en sus condiciones fisicoquímicas durante mucho
tiempo. Uno de los medios físicos más importantes empleados, es el calor
aplicado directa o indirectamente al producto en sí mismo o en un empaque en el
que haya sido envasado previamente.
Si bien no existe una clara diferenciación entre los procesos de esterilización , por
tratamiento térmico, se suele llamar pasterización al proceso que se lleva a cabo a
temperaturas inferiores a 100 grados centígrados, en tanto que la esterilización se
lleva a cabo por encima de los 100 grados centígrados.
La esterilización llevada a cabo a bajas temperaturas está basada en los estudios

que hizo el científico francés Pasteur sobre contaminaciones bacteriales en vinos y
cervezas una vez se envasaban estos producto. En honor a él se bautizó el
proceso inicial de esterilización por calor y la llamada unidad de pasterización, que
establece una relación tiempo-temperatura a la cual se ha definido como la
permanencia de un producto durante un minuto a 60 OC. Cada producto para lograr
una adecuada esterilización requiere de un número de unidades de pasterización,
que a la vez depende de los microorganismos que pueden contaminar el producto.
Para la cerveza y vinos se ha establecido que 15 unidades de pasterización

permiten darle estabilidad biológica al producto. En términos prácticos se debe
llevar el producto a 60OC y mantenerlos a esta temperatura durante 15 minutos. A
más altas temperaturas se requiere menos tiempos
Existe lo que se llama pasterización instantánea o ultrapasterización en la cual se

emplean temperaturas superiores a 100OC, pero en tiempo de residencia o de
contacto térmico de pocos segundos. Igualmente se tiene esterilizaciones por
ebullición, en productos que hierven por debajo de los 100OC.
Hoy es muy usual, para grandes volúmenes la ultrapasterización de leches, en un

proceso que se lleva a cabo durante 3 segundos a 121OC
fuente:www.imai.net/imagenes/pasto1.gif
Figura 41 Pasterizador
149
Ajustándonos a la clasificación mencionada, la pasterización se lleva a cabo

directamente empleando equipos de intercambio de calor como los tubulares, los
de placas y recipientes con serpentines o camisas. Los primeros se utilizan para
procesos continuos, en tanto que los segundos se emplean para pasterizaciones
por cochada.
La pasterización indirecta se utiliza para los elementos envasados, en equipos que

genéricamente se denominan esterilizadores. Un equipo específico de
pasterización indirecta es el pasterizador de túnel, que permite un flujo continuo de
los envasados. A medida que los recipientes avanzan en el túnel, duchas de agua
caliente o vapor elevan progresivamente la temperatura del producto, hasta que
llega a la pasterización acorde con las unidades de pasterización que requiere el
producto; éste se mantiene durante el tiempo necesario a su temperatura de
pasterización, para que luego, mediante duchas de agua fría, el producto se enfríe
lentamente. Estos equipos son apropiados para grandes volúmenes de
producción, en razón de la longitud que requiere recorrer el producto para sufrir
lentamente los cambios de temperatura.
En la esterilización indirecta igualmente, se emplean recipientes abiertos y

cerrados, operados estos últimos a presiones relativamente altas para favorecer la
transmisión de calor, a través de los recipientes y lograr así la temperatura de
esterilización para todo el producto.
Acorde al tipo de industria, disponibilidad del mano de obra y costos de operación

se tienen esterilizadores discontinuos o de cochada y esterilizadores continuos.
Los esterilizadores discontinuos más comunes son las marmitas o autoclaves que
pueden ser verticales u horizontales. .
En la literatura se describe ampliamente los esterilizadores tanto discontinuos

como continuos.
La termización es un proceso intermedio en el cual se busca mantener muy bajos

los contenidos de bacterias y se aplican a productos de consumo prácticamente
inmediato. Es un tratamiento aplicado en flujo continuo parecido a la pasterización,
pero difiere en el tiempo de aplicación que es muy corto, del orden de 15 a 20
segundos con temperaturas de 60 a 650c.
Un aspecto muy importante de tener en cuenta es la velocidad de penetración del

calor en los envases; los productos no se calientan ni se enfrían rápidamente. La
temperatura alcanzada en un producto depende del índice de penetración calórica,
que a su vez depende del estado del producto, las condiciones del procesamiento
técnico, la geometría del recipiente y aún la misma temperatura del medio
calefactor. Los líquidos se calientan más rápidamente que los sólidos debido a los
fenómenos de convección, ya que en los sólidos tiene lugar el fenómeno de
conducción.
150
Se tiene una esterilización adecuada en los productos envasados, cuando se logra

la temperatura de esterilización y se mantiene durante el tiempo requerido en el
llamado punto frío del producto. Para liquidos en reposo y sólidos, la figura 2-6
muestra el punto frio.
Estudios microbiológicos dan las pautas para establecer los tiempos y

temperaturas de esterilización, parámetros requeridos para el cálculo de áreas de
transferencia y requerimientos del elemento calefactor.
Figura 42 Calentamiento del producto en el interior de una lata
Condensación
Para el cambio de fase vapor a líquido, llamado licuación o licuificación, se

emplean intercambiadores de calor llamados específicamente condensadores. El
cambio de fase para fluidos puros ocurre a una temperatura dada que es función
de la presión del fluido; esta temperatura se conoce como temperatura de
saturación o de equilibrio.
Generalmente en la industria, la vaporización o condensación de un fluido ocurre a

presión constante y es un proceso isotérmico. Cuando el cambio de fase ocurre
para una mezcla de fluidos el proceso isobárico no siempre es isotérmico por la
variación en las presiones de vapor, composición molar y temperatura de equilibrio
de cada uno de los compuestos de la mezcla.
Desde un punto de vista físico, el fenómeno de condensación puede ocurrir en dos

formas: de gota o de película.
La condensación en forma de gota ocurre cuando un vapor puro saturado se pone

en contacto con una superficie fría; al ceder calor a la superficie fría el vapor se
condensa y puede formar gotitas en la superficie; estas gotitas pueden
desprenderse de la superficie dejando libre el área para posterior formación de
más gotitas.
151
En el otro mecanismo, se forma una película de líquido sobre la superficie a

medida que el vapor se va enfriando, más vapor se condensa sobre la película
inicialmente formada.
Los dos mecanismos son distintos e independientes, aunque el de gota es propio

del vapor de agua y de algunos vapores cuyos líquidos no son miscibles como el
caso de aceites y agua.
El mecanismo de condensación por gota permite altos coeficientes de transmisión

de calor (seis a ocho veces de los de película) pero debido a que el fenómeno es
propio de muy pocos fluidos, los estudios se concentran hacia la condensación por
película, que además permite un relativo fácil análisis matemático.
Los equipos de condensación se dividen en dos grandes grupos; los de carcaza y

tubos (intercambiadores comunes) y los de contacto.
Los condensadores de contacto implican que los fluidos vapor y líquidos

refrigerante sean los mismos, o al menos afines en ciertas propiedades. El
proceso implica transferencia de masa, lo que obliga a postergar su estudio. Una
vez se conozcan los mecanismos de transferencia de masa, el estudiante aplicará
sus conocimientos de transferencia de calor para los cálculos correspondientes.
Para los cálculos de condensadores de carcaza y tubos, se emplean las

consideraciones generales en los intercambiadores del mismo tipo.
Consideraciones específicas se plantean en la disposición de los tubos que
pueden ser verticales u horizontales.
En los condensadores de tubos verticales, en la parte superior de los tubos existe

para la zona de vapor, menos cantidad de líquido, su flujo es laminar y a medida
que el líquido desciende se condensa más vapor, existe más líquido y su flujo
llega a ser turbulento. La velocidad másica G es diferente en las distintas
secciones del tubo.
Igual situación aunque en menor grado se presenta en los tubos horizontales, es

decir la velocidad no es constante durante el recorrido a lo largo del tubo.
Está circunstancia lleva a considerar el empleo de una velocidad másica que sea
representativa del flujo de condensado que circula por unidad de tiempo a través
de todos los tubos.
152
Ebullición
fuente:centros3.pntic.mec.es/cp.la.canal/agua/Gota.gif
En la Industria numerosos productos líquidos o en solución son sometidos a

ebullición, ya sea a alta o baja presión, para favorecer reacciones fisicoquímicas,
esterilizarlos o, aun, concentrarlos.
Una aplicación muy importante de la ebullición es la generación de vapor de agua

para múltiples propósitos. Entre ellos podemos mencionar: generación de energía
eléctrica a través de turbogeneradores, calefacción o como elemento calefactor en
procesos industriales, aseos y esterilización de equipos, obtención de agua
destilada, etc.
La ebullición, como la condensación, puede ocurrir cuando la vaporización o

formación de vapor se efectúa por burbujas, directamente en la superficie de
vaporización se tiene la llamada ebullición nucleada. Cuando la ebullición ocurre a
través de una película de gas de interferencia entre la superficie y el líquido, se
llama ebullición de película.
En los dos fenómenos, se generan burbujas que ascienden, a través de la masa

del líquido y se rompen en la superficie.
Cuando el vapor se acumula en la superficie del líquido y escapa a medida que

más vapor se produce, el líquido está en equilibrio con el vapor a la temperatura
de ebullición y se tiene la ebullición de líquido saturado.
En algunos casos la masa del líquido está a una temperatura inferior a la de

ebullición, pero la superficie de calefacción está a una temperatura mayor y
produce una ebullición en ella, así, el vapor formado es absorbido por el resto de
líquido. Se tiene la ebullición de superficie o ebullición subenfriada.
153
Tanto la ebullición de líquido saturado, como la de superficie pueden presentar

ebullición nucleada a ebullición de película.
Ebullición de liquido saturado. Para la determinación de los coeficientes de

transferencia de calor se han efectuado ensayos: en un recipiente dotado de un
serpentín, por el cual circula el fluido calefactor a temperatura variable, se tiene un
líquido en ebullición, midiendo la tasa de flujo de calor q/A y la caída de
temperatura entre la superficie del tubo y la del líquido en ebullición, se tiene una
gráfica como la representada en la figura 2-7. Esta gráfica corresponde a
ebullición de agua a una atmósfera de presión y 2120F.
La curva obtenida corresponde a cuatro zonas muy definidas. Una primera, recta
AB, para pequeñas diferencias de temperatura y en la cual la relación logarítmica
es constante y puede ser expresada, por la ecuación:
Ecuación 66
donde K es una constante especificada para el líquido en ebullición; la segunda

zona, en un tramo casi recto BC, con pendiente 3 a 4 termina en el punto C donde
se obtiene un flujo máximo de calor, aproximadamente 4 x 105 BTU/hrft 2 para un
ΔT de 500F.
Figura 43 Fenómeno de ebullición
El valor máximo es la tasa máxima de flujo correspondiente a la llamada caída

crítica de temperatura; a partir de este punto la tasa disminuye hasta alcanzar un
mínimo en el punto D, llamado punto de LEIDENFROST ; luego se incrementa
para llegar a valores muy altos en la tasa cuando la diferencia de temperatura
igualmente es muy alta.
Cada una de las zonas en la figura 2-8, corresponde a mecanismos diferentes en

el fenómeno de ebullición. Para la primera zona existe transferencia de calor por
convección en el seno del líquido, y si bien existe formación de burbujas, éstas
154
son pocas y pequeñas y no causan distorsiones en las corrientes de la

convección, pero a partir de una caída de 80F la formación de burbujas es grande
y se afectan las corrientes de convección, favoreciendo la transferencia de calor y
el coeficiente de película crece muy rápidamente. Esta es una zona donde se tiene
específicamente la ebullición nucleada. A medida que aumenta la caída de
temperatura, aumenta la capa de vapor y el coeficiente de A medida que crece el
número de burbujas, ellas tienden a unirse antes de desprenderse de la superficie
y forman una capa de vapor aislante, que se desprende con pequeñas
explosiones a medida que aumenta la caída de temperatura aumenta la capa de
vapor y el coeficiente de transferencia disminuye y, por consiguiente la tasa de
transferencia de calor también lo hace, se tiene la Ebullición de Transición.
Figura 43 Caída de temperatura
Una vez se estabiliza la capa de vapor, desaparecen las explosiones y, al

incrementarse la caída de temperatura, tiene lugar una formación ordenada de
burbujas en la interfase entre la película de vapor y el líquido. El flujo de calor
aumenta lentamente al principio, para hacerlo más rápidamente después, ya que
ocurre transferencia de calor también por radiación. Este tipo de ebullición se
conoce con el nombre de Ebullición de Película.
Siendo el flujo de calor proporcional a los coeficientes de película: de la gráfica

representada en la figura 42, puede obtenerse una gráfica que relacione el
coeficiente h con la caída de temperatura (figura 43).
Es de esperar que el máximo coeficiente se logre para la caída crítica de

temperatura, que es de 40 a 500F para el agua, de 60 a 1200F para líquidos
orgánicos, aunque varia sensiblemente con la presión.
La máxima tasa de transferencia es del orden de 115.000 a 400.000 BTU./.ft2hr

para el agua, dependiendo de su pureza, presión y superficie de calefacción. Para
líquidos orgánicos el rango es de 40.000 a 130.000 BTU/ft 2hr, a presión
atmosférica.
155
Ebullición de película. En la ebullición de película, (referida a la superficie de

transferencia de calor), se forman en la interfase vapor-líquido, ondas con una
longitud característica (λo). Las cuales crecen para formar burbujas, cuyo diámetro
es aproximadamente igual a la mitad de la longitud de onda; estas burbujas
abandonan la superficie a intervalos constantes de tiempo.
Ebullición de superficie o subenfriada. Generalmente se logra cuando un líquido

fluye en un espacio anular vertical, en el cual el tubo interior es el elemento
calefactor. Cuando el líquido asciende y la temperatura del elemento calefactor
aumenta, se forman burbujas en la superficie del elemento para condensarse en el
resto del líquido. Relacionando el flujo de calor con la diferencia de temperatura se
obtiene una gráfica como la representada en la figura 42 correspondiente a
ensayos con agua destilada y desgasificada a una velocidad de 4 ft/seg y 60 psi
en un ánulo de De = 0.77 pulgadas y Dc = 0.55 pulgadas. (Mc Adams and Day).
La gráfica consta de dos secciones ambas rectas, una primera para caída de
temperatura inferior a 800F, con pendiente de 1.0, en la cual el coeficiente es
independiente de la caída de temperatura, y los valores del coeficiente obtenido
por la gráfica coinciden con los valores que se obtienen por ecuaciones
específicas para flujo turbulento.
Figura 44 Flujo de Calor en ebullición de superficie
Cuando la caída sobrepasa los 800F, cambia su pendiente y se tiene la verdadera

ebullición de superficie. El flujo de calor se incrementa notablemente con
pequeños crecimientos en las caídas de temperatura, lográndose una altísima
eficiencia en la transferencia de calor del orden de 5 a 106 BTU/h.ft2.
156
La ebullición de superficie se emplea en condiciones muy especiales, dadas las

características del equipo empleado.
Enfriamiento y refrigeración
Se emplea el enfriamiento de productos para obtener temperaturas adecuadas de

almacenamiento. Algunas sustancias provienen de un proceso que ha implicado
altas temperaturas para favorecer reacciones físico-químicas y se requiere llevar
la temperatura a un nivel adecuado, para un fácil manejo y almacenamiento, otras
sustancias en especial alimentos requieren de temperaturas bajas para su
conservación y almacenaje y algunos procesos requieren de temperaturas bajas
para su desarrollo.
Cuando se tiene una disminución de temperaturas sin que ocurra un cambio de

fase, tiene lugar el enfriamiento, que puede llevarse a cabo para sustancias en
cualquier estado. Cuando se requiere mantener durante un lapso amplio de tiempo
bajas temperaturas (por debajo de la temperatura ambiente), se tiene la llamada
refrigeración.
Los mecanismos de transferencia de calor en las dos operaciones son muy

diferentes y aunque se ha generalizado la aplicación del término refrigeración al
enfriamiento de sólidos o de espacios amplios es importante tener presente que
los fines son muy diversos.
El enfriamiento de gases y líquidos se lleva a cabo adecuadamente en los inter-

cambiadores de calor ya estudiados, empleando como medio de enfriamiento
líquidos o gases a muy bajas temperaturas.
Estos fluidos tienen propiedades termodinámicas especiales, como bajos puntos

de congelación y de evaporación e igualmente de volúmenes específicos y altos
valores latentes. De los líquidos o fluidos enfriadores, también llamados
refrigerantes, el que mejor propiedades presenta es el amoniaco, NH 3, con un
inconveniente serio como es su alta toxicidad, esto conlleva aun cuidadoso
manejo y el empleo de equipo con sellos o cierres herméticos. El freón 12 (dicloro
difluormetano) presenta como inconveniente un calor latente de evaporación de 38
kcal kg, lo que lleva a emplear volúmenes relativamente altos y limita su uso para
grandes instalaciones.
La obtención de los refrigerantes fríos para su empleo en enfriamiento, se efectúa

en ciclos termodinámicos que prácticamente son los inversos del ciclo de Rankine.
Los sistemas termodinámicos más empleados son:
157
Figura 45 Refrigeración por compresión de vapor
El fluido refrigerante (gas) es comprimido a altas presiones, en este proceso el

fluido se calienta y es necesario extraerle calor que se logra en intercambiadores
empleando agua fría, o en radiadores utilizando aire frío; acorde con las
características del refrigerante en esta etapa puede licuarse y ser almacenado.
Para el enfriamiento, el fluido se hace pasar a través de una válvula de expansión
que permite bajar la presión del fluido disminuyendo considerablemente su
temperatura, si el fluido está líquido, en esta etapa se gasifica o vaporiza. A
continuación o se almacena el gas o es succionado por el compresor para iniciar
de nuevo el ciclo.
Refrigeración de vacío
Se emplea como fluido refrigerante agua líquida, lo que limita la temperatura baja
a valores siempre por encima de los 00C. En un recipiente que contenga agua, se
hace vacío empleando generalmente un eyector de vapor. Al bajar la presión en el
recipiente parte del agua se evapora rápidamente, causando enfriamiento de la
masa de líquido hasta una temperatura cercana a su punto de congelación. Este
es un ejemplo clásico del enfriamiento evaporativo o por evaporación. El agua a
baja presión y baja temperatura, puede emplearse como líquido refrigerante en los
equipos convencionales. Acorde a la temperatura de salida del agua en el proceso
de enfriamiento, ella puede recircularse para completar el ciclo, representado en la
figura 45.
En algunos sistemas la expansión del gas comprimido tiene lugar directamente en

el equipo de transferencia de calor. la figura 45 nos representa un ciclo de este
tipo.
158
Refrigeración por absorción
Este ciclo emplea dos fluidos: uno principal, el de trabajo y otro el auxiliar, de
absorción. El requisito para seleccionar los fluidos generalmente líquidos es que la
entalpía de su solución sea inferior a la de cada uno de los líquidos. Uno de los
sistemas más empleados es el de amoniaco y agua. El amoniaco se absorbe en
agita (disolución de gas en líquido) a baja presión, dado que la entalpía de la
solución es menor que la del agua y que la del amoniaco, se debe extraer calor
para efectuar la absorción. La solución es bombeada a un generador de
amoniaco, en esta etapa se eleva la presión y se calienta la solución lo que causa
la separación del amoniaco, quedando listo como fluido refrigerante.
Ejemplo 23
Determinar las toneladas de frío que produce un sistema de compresión de freón

que requiere de 52 BTU/lb en el evaporador (o intercambiador de calor), cede 65
BTU/lb en el enfriador y tiene un flujo de 1920 lb/hr. Igualmente determine el
trabajo efectuado por el compresor en BTU/hr, si el sistema tiene un coeficiente de
operación de 4.
Solución: El freón al evaporarse requiere o absorbe 52 BTU/Ib, esto significa que

extrae en un proceso de enfriamiento 52 BTU/lb de freón. Para una hora el calor
extraído es:
Q = 1920 x 52 = 99.840 BTU/h
Recordando que una tonelada de frío es la cantidad de calor que se requiere

extraer a una tonelada de agua para convertirla en hielo, en un lapso de 24 horas,
se tiene:
1 ton de frío ⇒ 12.000 BTU/h
Luego
El coeficiente de operación se define como la relación entre el calor extraído y la

diferencia entre calor requerido y extraído, llamando W la diferencia que debe ser
igual al trabajo efectuado, por el compresor:
β = QE / W W = QE / β = 52 /4 = 13 BTU / lb
Obsérvese que el trabajo es igual a la diferencia de los calores
W = Qc - QE = 65 -52 = 13 BTU/lb
159
La potencia por hora será:
W = 13 x 1.920 = 24.960 BTU/hr equivalente a

W = 9.8 H.P.
Para facilitar cálculos en procesos de refrigeración se han introducido las llamadas

unidades de Refrigeración. La más usual es la tonelada de frío, equivalente a la
cantidad de calor extraída a 2.000 libras de agua a 320F para solidificarla, en un
lapso de 24 horas. Teniendo calor latente de fusión de 144 BTU/Ib.
1 Ton de frío = 2.000 Ib x 144 BTU/lb/24horas = 288.000 BTU/día

1 Ton de frío = 12.000 BTU/hr
Otra unidad es la Unidad Británica de Refrigeración, basada en la tasa de

enfriamiento de una kilocaloría por segundo, equivalente a 237,6 BTU/min.
EJEMPLO. 24
Para determinar el proceso de fermentación en la obtención de la cerveza, la

temperatura del liquido debe bajarse de 120 0C a 40 0C en un lapso de 36 horas.
Para el efecto se empleará agua a 10C que circula por un serpentín de cobre de 2
1/2” de diámetro.
Determinar las toneladas de frío requeridas para lograr el enfriamiento de un
tanque que contiene 200 hls ( 20.000 kilos) de cerveza.
Solución: De las tablas el calor específico de la cerveza es de 0.95 cal /gr”C. El

calor extraído en una hora será:
Q = m Cp ΔT / 36
La densidad de la cerveza puede considerarse igual a la unidad, luego:
Q = 20.000 x 1.0 x (12 - 4)/36 = 4444.4 kcal / hr

Q = 17.636 BTU/hr
Ton. de frío = 17.636/12.000 = 1.47Ton ⇒ 1.5 Ton
Para la refrigeración de espacios cerrados, es decir mantener temperaturas bajas

en ellos y aun enfriar y conservar productos almacenados allí, se emplean los
difusores de frío, constituidos por serpentines o bancos de tubos en los cuales
circula el fluido refrigerante.
Normalmente los serpentines se emplean en espacios relativamente pequeños,

los cuales van sujetos a los muros y la transferencia de calor se efectúa
básicamente, por convección. Figura 46.
160
fuente:eltamiz.com/images/2007/August/refrigeracion.png
Figura 46 Serpentín para refrigeración
Los bancos de tubos se emplean en espacios grandes, y el frío se transmite

haciendo circular aire a través de los tubos, lográndose transferencia por
conducción.
El banco de tubos se coloca dentro de una caja que hace parte del ducto por el
cual circula el aire. El ducto normalmente es de una longitud similar al costado
más largo del cuarto, para favorecer una
circulación completa de todo el aire del recinto.
Para los cálculos de los serpentines o bancos de tubos en los recintos de

refrigeración, llamados también frigoríficos, debe tenerse en cuenta que la
cantidad total de calor es el resultado de la suma de:
Qp = Calor cedido por el producto almacenado.

Qa = Calor cedido por la masa de aire y condensación de humedad.
Q1 = Calor irradiado a través de las paredes, pisos, cañerías, etc.
Qc = Calor cedido por los aparatos eléctricos que se encuentran en el recinto.
Qe = Calor perdido por apertura de puertas, deficiencia en cierres, etc.
Ecuación 67
QT = Qp +Qa +Q1 +Qc+Qe
El calor cedido por el producto será:
Ecuación 68
Qp= mCp ΔT = m Cp (Te - Ta)
161
Donde:
Te es la temperatura inicial del producto
Ta es la temperatura de almacenamiento
El calor cedido por la masa de aire corresponde al calor retirado para enfriar la
masa contenida en el recinto, igualmente calor retirado al condensar y, en
ocasiones, congelar parte de la humedad contenida en el aire.
La condensación ocurre generalmente sobre las paredes, piso y techo del recinto,
en tanto que la congelación ocurre directamente en los serpentines o bancos de
tubos.
Las características del producto que se va a almacenar establecen las condiciones

de la refrigeración, en ocasiones se requiere de atmósferas secas o atmósferas
húmedas; lo que implica tener deshumidificadores para retirar la humedad o
duchas o riegos para mantenerla y compensar el agua congelada. Los cálculos de
calor, que son específicos a la masa de aire, requieren cálculos de transferencia
de masa, razón por la cual, por ahora se asume que este calor es un porcentaje
(entre el 10 y el 20%) del calor total requerido.
Las pérdidas o calor de irradiación se calculan acorde con las áreas de cada
superficie (pisos, paredes, techos), a sus conductividades térmicas y de película.
Para efectos prácticos, las necesidades de frío para retirar el calor producido por
los aparatos eléctricos se calcula por la fórmula:
Ecuación 69
Qc=860 Pt Kcal
Siendo P la potencia de los aparatos eléctricos (incluyendo bombillos) en Kw y t el

tiempo de servicio de funcionamiento de cada aparato; el calor total de los
aparatos será:
Ecuación 70
Qc = Σ Qci
Dada la dificultad de calcular o medir las pérdidas de calor por apertura de

puertas, entrada de aire exterior o de personas, etc., ellas se asumen igualmente
de un 10 al 20% de las necesidades totales de frío.
162
La ecuación 69 se convierte en:
0.6 Q = Qp + Qi + Qc
Congelación
fuente:www.elpais.com/recorte/20071226elpepisoc_2/LC...
Numerosos estudios se han realizado acerca de los mecanismos y fenómenos que

tienen lugar en la congelación, principalmente para alimentos, que es en esta área
donde más se aplica esta operación.
En épocas tempranas los alimentos se congelaban colocándolos en área frías con

circulación natural de aire. Hacia 1930 Clarence Birdseye y otros investigadores
iniciaron estudios de congelación en hortalizas y establecieron cómo la velocidad
de congelación incidía en la calidad de los alimentos, realizando trabajos
importantes en la llamada congelación rápida.
Es la velocidad de congelación la que determina básicamente la capacidad y clase

de equipo requerido.
Los estudios del mecanismo de congelación fijan el tiempo adecuado de

congelación. No siempre una congelación rápida presenta los mejores resultados,
máxime que el proceso se puede producir a distintas velocidades en las diferentes
partes de una pieza de alimento.
El hecho de tenerse diferentes velocidades de congelación lleva a una imprecisión

sobre el tiempo de congelación. Existe un tiempo que define el momento en que
163
se inicia la congelación y otro en que se da por terminada. Generalmente en un

cuerpo existe un punto que se enfría más lentamente que se conoce como centro
térmico y sirve de punto de referencia para los estudios pertinentes.
La figura 47, nos representa la variación en la formación de hielo (como porcentaje
del agua contenida) y la temperatura superficial de carne vacuna. Puede
apreciarse que el proceso de congelación se inicia a una temperatura inferior a
20C, con una velocidad muy alta hasta los -100C y luego se va estabilizando la
congelación.
La mayor congelación ocurre hasta los -100 C y basados en esto, se define como
tiempo de congelación nominal, al tiempo que transcurre entre el momento en que
la superficie alcanza la temperatura de 0O C y el instante en que el centro térmico
llega a una temperatura de -10O C. Cuando el centro térmico llega a esta
temperatura se considera para efectos prácticos que el producto está
completamente congelado. El tiempo efectivo de congelación se define como el
tiempo que tiene que permanecer un producto en un congelador para lograr la
temperatura indicada de -10OC en el centro térmico. Este tiempo incluye aquel que
se emplea en llevar la temperatura inicial del producto a 0OC.
Figura 47. Congelación de carne
Para calcular el calor a retirar en la congelación del producto debe tenerse en

cuenta que este es función del contenido de agua. Generalmente los alimentos
que se van a conservar contienen un 80 -90% de agua, luego, para efectos
prácticos, puede asumirse una congelación total del alimento, en estas
condiciones.
Ecuación 71
Qp =m [Cp1 (T1 -To)+ γ +Cp2 (To-Ta)]
Siendo:
Cp1 = Calor específico del alimento tal cual
Cp2= Calor específico del alimento congelado
164
T1 = Temperatura inicial del alimento

To = Temperatura de congelación
Ta = Temperatura final o de almacenamiento
γ = Calor latente de congelación
En tablas se encuentran los calores específicos de alimentos, tal cual y

congelados, e igualmente temperaturas de congelación.
Teóricamente pueden calcularse los calores específicos de alimentos, conocida su

tasa de agua o contenido de agua Ma, en kilogramos de agua por kilogramo de
producto.
Cp1 = Cpa Ma + Cp(1 - Ma)
Donde:
Cp1 = Es el calor específico del producto tal cual
Cpa = Calor específico del agua
Ma = Contenido de agua
Cp = Calor específico del producto seco
Con valor de 1 para el calor específico del agua y de 0.2 para las sustancias secas
(valor promedio de muchos alimentos):
Ecuación 72
Cp1 = Ma + 0.2 (1 - Ma)
Para alimentos congelados, con un contenido de agua congelada del 90% del total
del agua:
Ecuación 73
Cp2 = 0.35 Ma + 0.2
Ejemplo 25
Determinar la cantidad de calor necesario de retirar para congelar y enfriar 4

toneladas de carne magra de res, de 300C a temperatura de almacenamiento para
largo tiempo. El contenido de agua es del 75%.
Solución:
La temperatura de congelación de la carne es de -2.00C, y calor de congelación de

60 kcal/kg. La temperatura de almacenamiento debe ser de -180C.
El calor especifico de la carne tal cual es:
165
Cp1 = 0.75 + 0.2 (1 - 0.75) = 0.8 kcal/kg0C

Cp2 =0.35 x 0.75 + 0.2 = 0.46 kcal/kg0C
La cantidad de calor será:
Q = 4.000 x{ 0.8 [(30 - (-2)] + 60 + 0.46 [-2 - (-18)]}

Q = 371.840 kcal
Para productos empacados h depende del material de empaque;

experimentalmente se han obtenido valores.
Empaque h (W/m20C)
Caja de cartón 50- 60
Papel encerado 120- 300
Aluminio (hoja) 300 - 600
Celulosa 300 - 600
Para algunos productos empleados en lecho fluidizado, el coeficiente varía entre

100 y 180 W/m20 C.
Los equipos para congelación requieren de un refrigerante que absorba calor por
conducción y convección, generalmente convección en el proceso de enfriamiento
y conducción en la congelación propiamente dicha.
Los congeladores se clasifican por el medio empleado en la transferencia de calor.

Existen los congeladores por contacto con un sólido frío, los que emplean líquidos
fríos y los de gases fríos.
Los congeladores por contacto de sólido emplean placas metálicas; planas,

huecas por las cuales circula el refrigerante. Las placas se montan en paralelo ya
sea en sentido vertical o en sentido horizontal y con espacios variables para
permitir ajuste de ellas al producto que se va a congelar.
Las placas verticales son ampliamente empleadas para productos empacados en

cajas y para helados; los de placas horizontales son usados en la congelación de
productos empacados en envases deformables como pescados, carnes, etc.
Una vez se ha logrado la congelación, se hace circular un fluido caliente por las
placas para soltar los bloques congelados y descarchar las superficies.
Los congeladores que emplean líquidos fríos son recipientes tipo alberca en donde
se introducen los productos ya empacados; el líquido refrigerante debe ser inocuo
para evitar contaminaciones. Las ventajas sobre el sistema de placas, son el de
poseer altos coeficientes de transferencia de calor, así se congelan fácilmente
productos de formas irregulares y puede hacerse congelación individual del
166
producto. Una desventaja es el consumo del líquido refrigerante en las

operaciones de carga y descarga.
La versatilidad en el empleo de gases fríos, hace que este sistema sea el más
utilizado y el más empleado de los gases es el aire frío. Aunque los coeficientes de
transferencia son menores que en los líquidos, los costos de congelación son
menores para grandes volúmenes de producto.
Los congeladores de aire son túneles por los cuales circula aire a temperaturas
entre -20 a -40OC y con velocidades de 0.5 a 18 m/seg. Para impulsar el aíre se
emplean ventiladores que producen el llamado Tiro Forzado.
Tanto la congelación por líquido como por gas permiten procesos continuos,
mientras que la de contacto con sólidos es propia de procesos de cochada.
Procesos desarrollados últimamente han permitido el uso de fluidos que absorben

calor en un cambio de fase; tal es el caso del anhídrido carbónico líquido a alta
presión, al pulverizarse se forma una mezcla de gas y sólido conocida como nieve
carbónica, que puede ponerse en contacto con el producto que se va a congelar.
El nitrógeno líquido (-1960C a presión atmosférica), se emplea para congelación a
velocidades altas y empleando aspersión del líquido sobre el producto. El alto
costo de obtención del nitrógeno líquido ha limitado su uso.
Escaldado
fuente:patentados.com/img/2005/cafetera-expres.png
figura 48 Escaldado
Es una operación térmica intermedia utilizada en la industria de alimentos

principalmente en frutas y vegetales con la finalidad principal de inactivar enzimas
termolábiles, aunque también presenta otros efectos favorables como la
eliminación de gases internos de la estructura celular lo que reduce reacciones de
167
oxidación y facilita empaque al vacío, disminución de recuento de

microorganismos: ablandamiento del tejido, lo que favorece operaciones de
llenado. Esta es una operación previa comúnmente aplicada antes de varios
procesos, entre ellos el de osmosis y en este caso debido a que la
desnaturalización de proteínas logra, en general un mayor grado de
deshidratación e impregnación.
El escaldado es una operación utilizada en la mayoría de procesos en los cuales

la materia prima es la fruta, o vegetales aunque no es aplicada a todas las frutas.
En el escaldado tradicional se pretende que únicamente la cáscara de la fruta

llegue a la temperatura adecuada para la inactivación de las enzimas, temperatura
que en la mayoría de las ocasiones es del orden de los 75 ºC., el interior de la
fruta no se calienta sensiblemente, razón por la cual se conservan prácticamente
intactas sus propiedades organolépticas y fisicoquímicas. Para el proceso de
escaldado los productos, en cochada o por lotes, se introducen en un fluido,
generalmente agua caliente o hirviendo; en procesos continuos son sometidas a
aspersión de agua hirviendo o vapor a baja presión
No obstante todo tratamiento térmico altera en mayor o menor grado la textura de

los productos por los cambios que ocurren en las células exteriores.
Para disminuir los cambios que se producen en el escaldado tradicional, se han

desarrollado otros métodos. Entre ellos el uso de microondas, aplicación de
microondas en presencia de vapor de agua, radiaciones infrarrojas, vapor húmedo
y ondas de radiofrecuencia y últimamente el escaldado a baja temperatura y por
largo tiempo (TB - TL).
Varios investigadores han comparado estos métodos y han encontrado que el uso
de microondas en presencia de vapor es el que arroja los mejores resultados con
obtención de vegetales más firmes y con mejores características organolépticas,
igualmente se encuentra que existen menores pérdidas de las vitaminas
hidrosolubles, resaltándose la conservación de la vitamina C.
El escaldado a bajas temperaturas ha traído los beneficios de mantener la textura

y para algunos productos mayor firmeza que los procesados a altas temperaturas.
Se establece que la conservación de la firmeza obedece a que la enzima
pectinesterasa, se activa por encima de los 50 oC y se inactiva hacía los 70 oC.
esta enzima actúa sobre las pectinas de la pared celular, propiciando la formación
de estructuras intermoleculares entre las propias pectinas y otros polímeros que
se encuentran en la pared. Las estructuras intermoleculares incrementan la
firmeza del producto.
Existen otros factores que afectan la firmeza como las presencia de sales de
calcio o magnesio ( dureza) , ya que forman pectatos favorecidos a pH altos
168
Desde el punto de vista térmico el escaldado es un tratamiento en el cual se tiene

un flujo de calor en estado inestable o no estacionario. la mayoría de los
problemas que se presentan en la industria es el de establecer los tiempos
óptimos de escaldado cuando se desea tener una temperatura predeterminada a
nivel de las cáscaras o piel de las productos para tener los mejores resultados.
Dado el tamaño de los productos a escaldar, frutas y vegetales y de acuerdo a sus

propiedades térmicas, la mayoría de ellos presenta resistencias térmicas altas,
aún con productos de alto contenido de humedad.
En la determinación del tiempo de escaldado, dada la temperatura constante del

fluido de proceso se acude a las gráficas que correlacionan las relación
adimensional de temperaturas con los números de Biot y Fourier, recordando que
siendo los productos alimenticios de alta resistencia térmica (Número de Biot >
0,1) se deben emplear los números modificados. Igualmente tener presente el
empleo de las gráficas adecuadas para la superficie del cuerpo geométrico que
más se asimile al producto, ya que la mayoría de las gráficas se presentan para la
relación adimensional en el centro de la figura geométrica, con curvas de
corrección para diferentes puntos geométricos del producto.
Al trabajar los parámetros de el estado inestable, el tiempo calculado es aquel al
cual se obtiene la temperatura de proceso; como en el escaldado se efectúa una
reacción propiamente bioquímica, debe tenerse presente que se requiere de un
tiempo adicional para que se realice dicha reacción. Este tiempo adicional
depende del producto en sí y como valor promedio puede tomarse entre un 20 y
un 50% del tiempo inicialmente calculado.
Crioconcentración
Las soluciones acuosas sometidas a un proceso de congelación forman

inicialmente dos fases, una sólida compuesta por cristales de hielo puro y cristales
de soluto y solución concentrada debido a la separación de una parte de agua en
forma de hielo.
Para productos con altos contenidos de humedad, cuando ellos se llevan a

temperaturas por debajo de su punto de congelación los cristales formados están
libres de inclusiones tales como sales, ácidos, sustancias aromáticas, azúcares,
proteínas y grasas. Separando los cristales de hielo por cualquier medio mecánico
apropiado, se obtiene una solución concentrada o con un alto contenido de
sólidos.
Particular aplicación tiene la crioconcentración en la obtención de jugos

concentrados, esencias y extractos de flores y hierbas para obtención de aromas,
ya que se conservan prácticamente inalterables las propiedades sensoriales, sin
embargo un efecto , que en ciertas circunstancias puede ser beneficioso es la
degradación de proteínas por efecto de las bajas temperaturas en lo que se
denomina rompimiento en frío.
169
La temperatura de congelación de un producto es aquella a la cual se comienzan

a formar los cristales de hielo, sin embargo dependiendo del tamaño de las
partículas o tamaño del producto, la temperatura es homogénea. Generalmente la
superficie se enfría por debajo de la temperatura de congelación cuando el punto
frío ha alcanzado dicha temperatura.
Lección 23. Diseño de equipos y medición de transferencia de calor
EQUIPOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR
La necesidad de llevar a cabo ciertos procesos a determinadas temperaturas,

hace que existan numerosos equipos de transferencia de calor en una planta;
numerosos no sólo en cantidad sino en variedad; son muchos los factores que
inciden en la elección de uno u otro equipo de transferencia, un modo sencillo de
clasificarlos es por la función que desempeñan en planta, por la geometría de
construcción, por el arreglo de los flujos (en paralelo, contracorriente o flujo
cruzado), por el tipo de contacto entre los fluidos involucrados (directo o indirecto)
o por el mecanismo de la transferencia de calor involucrado en el proceso.1
Clasificación de los Intercambiadores de Calor
SEGÚN SU FUNCIÓN
Evaporadores (concentran soluciones mediante la evaporación de agua).

Calentadores (calientan una corriente de proceso)
Enfriadores (enfrían una corriente de proceso con agua o aire).
Intercambiadores (enfrían y calientan dos corrientes de proceso).
Refrigeradores (enfrían una corriente de proceso con un líquido refrigerante a fin
de obtener temperaturas menores que las que se obtendrían con un enfriador)
Condensadores (condensan una corriente de proceso)
Rehervidores (vaporiza una corriente de proceso)
Sobrecalentadores (calientan un vapor por encima de condiciones de saturación)
Calderas (generan vapor)
1
Los equipos referidos son los utilizados para la transferencia de calor entre fases
fluidas. El intercambio de calor con sólidos no es parte del contenido programático
de la asignatura, así como tampoco los dispositivos de transferencia de calor a
partir de reacciones de combustión (Hornos) o contacto directo (torres de
enfriamiento).
170
SEGÚN SU GEOMETRÍA DE CONSTRUCCIÓN
FUENTE:http://webdelprofesor.ula.ve/ingenieria/jesusf/OP2-001Def.pdf
DIMENSIONAMIENTO
Dimensionar un equipo de transferencia de calor es un proceso que engloba
distintas disciplinas, un serio conocimiento de las necesidades energéticas de la
planta, los fluidos involucrados, las restricciones en los deltas de temperatura
permitidos a los fluidos, el(los) modelo(s) termodinámico(s) que describe(n)
correctamente las propiedades en los intervalos de presión y temperatura, los
materiales adecuados para construir el equipo, todas las consideraciones
mecánicas pertinentes y un análisis económico detallado de cada una de las
alternativas existentes.
El primer paso en un diseño preliminar es cuantificar la cantidad de calor

involucrada (balance de energía), seleccionar el fluido para cumplir la
especificación energética requerida y la cantidad del mismo que permita satisfacer
el balance. Una vez elegido el tipo de intercambiador adecuado para el proceso
debe especificarse su geometría, y luego realizarse la estimación de los
coeficientes de película, verificar su desempeño térmico y finalmente calcular la
caída de presión que tendrán los fluidos. En las siguientes páginas se encuentra
una breve reseña de la estimación del coeficiente de película, requerimientos de
presión en un intercambiador y ensuciamiento.
OTROS EQUIPOS
El equipo de transferencia de calor se define por las funciones que desempeña en

un proceso. Los intercambiadores recuperan calor entre dos corrientes en un
proceso. Los calentadores se usan primeramente para calentar fluidos de proceso,
171
y generalmente se usa vapor con este fin. Los enfriadores se emplean para enfriar
fluidos en un proceso, el agua es el medio enfriador principal. Los condensadores
son enfriadores cuyo propósito principal es eliminar calor latente en lugar de calor
sensible. Los hervidores tienen el propósito de suplir los requerimientos de calor
en los procesos como calor latente. Los evaporadores se emplean para la
concentración de soluciones por evaporación de agua u otro fluido. (Algunos de
los equipos antes descritos se muestran en la figura siguiente.
fuente:webdelprofesor.ula.ve/ingenieria/mabel/materias/.../tiposintercambiadores.d...
En general, un cambiador de calor es un aparato recorrido por dos o más medios,

uno de los cuales cede al demás calor o el frío. Si un proceso químico debe
desarrollarse de una forma prevista de antemano, será preciso realizarlo a una
determinada temperatura. Las reacciones ponen en juego, en general,
considerables cantidades de calor. Casi siempre resulta conveniente enfriar los
productos de la reacción en un enfriador. El calor así recuperado, puede utilizarse
para recalentar otros productos o para precalentar los empleados en el propio
proceso. Incluso es obligado a veces proceder a este precalentamiento, a fin de
obtener temperaturas bastantes elevadas para que el proceso de fabricación se
desenvuelva normalmente. Se ha reconocido que el empleo juicioso de los
balances térmicos conduce a resultados interesantes, en lo que respecta a la
rentabilidad. Desde este punto de vista, el cambiador de calor aparece como un
órgano particularmente importante de las instalaciones químicas.
172
Lección 24. Aplicación de las operaciones de transferencia de calor

procesos industriales
Como aplicaciones industriales tenemos la fabricación de:
- polietileno
- etanol
Obtención de Polietileno
fuente:www.textoscientificos.com/imagenes/polimeros/...
Generalidades
El polietileno (PE) es un material termoplástico blanquecino, de transparente a
translúcido, y es frecuentemente fabricado en finas láminas transparentes. Las
secciones gruesas son translúcidas y tienen una apariencia de cera. Mediante el
uso de colorantes pueden obtenerse una gran variedad de productos coloreados.
Por la polimerización de etileno pueden obtenerse productos con propiedades

físicas muy variadas. Estos productos tienen en común la estructura química
fundamental (-CH2-CH2-)n, y en general tienen propiedades químicas de un
alcano de peso molecular elevado. Este tipo de polímero se creó para usarlo como
aislamiento eléctrico, pero después ha encontrado muchas aplicaciones en otros
campos, especialmente como película y para envases.
173
Tipos de Polietileno
En general hay dos tipos de polietileno:
• De baja densidad (LDPE)
• De alta densidad (HDPE).
El de baja densidad tiene una estructura de cadena enramada, mientras que el

polietileno de alta densidad tiene esencialmente una estructura de cadena recta.
El polietileno de baja densidad fue producido comercialmente por primera vez en

el Reino Unido en 1939 mediante reactores autoclave ( o tubular) necesitando
presiones de 14.500 psi ( 100 Mpa) y una temperatura de unos 300 ºC. El
polietileno de alta densidad fue producido comercialmente por primera vez en
1956-1959 mediante los proceso de Philips y Ziegler utilizando un catalizador
especial. En estos procesos la presión y temperatura para la reacción de
conversión del etileno en polietileno fueron considerablemente más bajas. Por
ejemplo, el proceso Philips opera de 100 a 150 ºC y 290 a 580 psi ( 2 a 4 MPa) de
presión.
Sobre 1976 se desarrolló un nuevo proceso simplificado a baja presión para la

producción de polietileno, el cual utiliza una presión de 100 a 300 psi ( 0,7 a 2
Mpa) y una temperatura de unos 100 ºC. El polietileno producido puede
describirse como un polietileno lineal de baja densidad (LLDPE) y tiene una
estructura de cadena lineal con ramificaciones laterales cortas, inclinadas.
Consideraciones Generales
Los termoplásticos pueden ser ablandados mediante calor repetidas veces y

endurecidos mediante enfriamiento. Las resinas de polietileno son termoplásticas.
Las propiedades de las resinas de polietileno se deben principalmente, sino

exclusivamente a tres propiedades moleculares básicas: densidad, peso molecular
promedio y distribución del peso molecular. Estas propiedades básicas a su vez
dependen del tamaño, estructura y uniformidad de la molécula de polietileno.
Algunas de las propiedades que hacen del polietileno una materia prima tan
conveniente para miles de artículos manufacturados son , entre otras poco peso,
flexibilidad, tenacidad, alta resistencia química y propiedades eléctricas
sobresalientes.
La enorme competencia en el mercado de polietileno ha traído consigo más

trabajos acerca de la modificación de polietilenos con propiedades específicas
para aplicaciones determinadas. Son de esperar mejoras en propiedades parejas
con determinados usos, a medida que se comprenda mejor la estructura de los
174
diversos polímeros de polietileno y su relación con las propiedades físicas y

químicas.
Descripción del producto:
El polietileno de alto peso molecular es un sólido blanco y translúcido. En

secciones delgadas es casi del todo transparente. A las temperaturas ordinarias
es tenaz y flexible, y tiene una superficie relativamente blanda que puede rayarse
con la uña. A medida que aumenta la temperatura, el sólido va haciéndose más
blando y finalmente se funde a unos 110 ºC, transformándose en un líquido
transparente. Si se reduce la temperatura por debajo de la normal, el sólido se
hace más duro y más rígido, y se alcanza una temperatura a la cual una muestra
no puede doblarse sin romperse.
Polietileno líquido
El movimiento del polietileno líquido es no newtoniano. La velocidad disminuye a

medida que aumenta la presión y con ésta la velocidad de paso. Por la
sensibilidad de la viscosidad de la masa fundida al peso molecular, y en virtud de
que el polietileno se maneja normalmente en estado fundido en operaciones de
extrusión, moldeo o vaciado, los diferentes polímeros del comercio se caracterizan
por la viscosidad del producto fundido.
En el intervalo 20000-30000 del peso molecular, un aumento de 10% del peso

molecular dobla aproximadamente la viscosidad del producto fundido.
La viscosidad del polietileno fundido disminuye a medida que aumenta la

temperatura; se reduce aproximadamente a la mitad por un aumento de 25 ºC, en
la temperatura.
Otras propiedades del líquido son:
Tabla 14 Propiedades del polietileno líquido
Birrefringencia en corriente
Cuando fluye por un orificio, como durante la extrusión o el moldeo, existe una
orientación apreciable de las moléculas, que pasan al estado no orientado si el
material se mantiene en el estado líquido, pero permanecen orientadas en el
sólido si, como es normal en la fabricación, el material fundido se enfría
175
rápidamente. El grado de esta orientación es una función de la longitud media de

la cadena y del grado de ramificación.
Los polietilenos de alto peso molecular muestran más orientación que los
materiales de peso molecular bajo, y la orientación disminuye a medida que sube
la temperatura.
Polietileno sólido: En la tabla siguiente se muestran algunas de las propiedades

típicas del polietileno sólido.
Tabla 15 Propiedades físicas y mecánicas del polietileno sólido

176
Propiedades físicas y químicas de materias primas
Etileno
Para la obtención del polietileno de alta presión es preciso un etileno muy puro. No
solamente deben eliminarse las impurezas inorgánicas, como los compuestos de
azufre, el óxido de carbono, el anhídrido carbónico y otros, sino también el
metano, el etano y el hidrógeno que, aunque no tomen parte en la reacción de
polimerización, actúan como diluyentes en el método de alta presión e influyen en
la marcha de la reacción.
Para obtener el etileno puro se utilizan lavadores, que actúan a modo de

columnas, en ellas se evaporan sobre todo los componentes de más bajo punto de
ebullición, como el metano (punto de ebullición -161,4 ºC) y el hidrógeno (punto de
ebullición -252,78 ºC) y salen por la cabeza de la columna. Los componentes de
más alto punto de ebullición, como el etano (punto de ebullición -88,6 ºC) y los
hidrocarburos inmediatamente superiores, con mucho etileno, se reúnen en el
fondo de la columna.
Luego se utiliza una columna o lavador de etano, en la que tiene lugar la

separación completa del etileno de todos los hidrocarburos con punto de ebullición
más alto. Estos salen por el fondo, mientras que por la cabeza lo hace el etileno
puro.
Catalizadores
Los catalizadores de Ziegler-Natta son complejos metálicos con propiedades

catalíticas que permiten la polimerización estéreo específica de alquenos. Se
componen de:
• un cloruro de metal de transición, frecuentemente titanio pero también cobalto,

níquel o neodimio.
• un compuesto organometálico, habitualmente un alquil-aluminio.
Tienen gran aplicación industrial en la actualidad. La mayor parte de la producción

de polietileno y de polipropileno se realiza mediante catalizadores Ziegler-Natta,
además de otros polímeros de menor consumo como por ejemplo el polibutadieno
alto-cis.
Deben su nombre a los científicos Karl Ziegler y Giulio Natta, que en 1963
recibieron conjuntamente el Premio Nobel de Química por su trabajo sobre ellos.
177
Diagrama de flujo:
Polietileno de alta presión
El etileno puro se mezcla entonces con oxígeno (que actúa como catalizador) en
una proporción del 0,1 al 0,2 %. Esta mezcla se comprime, mediante
compresores, a presiones de 1000 a 2000 atm y, pasando por un separador de
aceite, se hace llegar al reactor, en el que tiene lugar el proceso de polimerización.
El polietileno, todavía caliente, se extrae finamente por un extrusor, donde se

refrigera y sale de él ya sólido para ser seguidamente troceado, mediante un
dispositivo picador, en pequeños granos, que sirven de materia prima para la
fabricación de objetos de todas clases.
Polietileno de baja presión
Hasta el año 1949 se pensaba, en los medios de la especialidad, que el etileno

solamente se podía polimerizar a alta presión. Entonces encontró el profesor Karl
178
Ziegler, en los años 1949-1955, un camino completamente nuevo para la

obtención del polietileno a la presión normal.
Cuando se inyecta etileno en una suspensión de etilato de aluminio y éster titánico

en un aceite, se polimeriza el etileno con desprendimiento de calor y forma un
producto macromolecular. De esta manera se pueden unir en una macromolécula
más de 100.000 monómeros (frente a los 2.000 monómeros en el método de la
alta presión),
Este alto grado de polimerización confiere al polietileno de baja presión una

solidez y dureza especialmente elevadas.
El campo de aplicación del este polietileno, el Z-polietileno como le llamó el

descubridor, es el mismo que el del polietileno de alta presión, pero es
esencialmente apropiado para objetos que precisan una gran solidez y rigidez,
como las tuberías, que con paredes de pequeño espesor resisten altas presiones.
La elaboración del producto se hace de manera análoga a la del polietileno de alta

presión, es decir, mediante prensas. Sin embargo, la temperatura de elaboración
del producto Z es más elevada, a
causa del mayor grado de polimerización. Puede llegar a 170 ºC.
Descripción de la polimerización
La reacción es sensible a un número muy grande de catalizadores y es iniciada

con facilidad especial por compuestos que producen radicales libres. La
producción de un polímero termoplástico de longitud de cadena del orden de 1000
unidades de etileno sólo se consiguió cuando se sometió el etileno a una presión
próxima a 1000 atm. a 200 ºC. Aunque después se demostró que podían
producirse polietilenos termoplásticos algo semejantes a presiones más bajas,
sigue siendo un requisito esencial para la producción de un gran polímero un
etileno de alta densidad.
La producción de polietileno exige una fuente de etileno puro, equipo de

compresión adecuado para trabajar a 1000 atm, y un reactor de alta presión para
realizar la polimerización rápida y altamente exotérmica bajo control. El polímero,
que suele producirse a una temperatura en que es líquido, tiene que separarse del
etileno que no ha reaccionado (que puede devolverse al recipiente de
polimerización) y el producto tiene que ponerse en forma física apropiada para la
venta. El proceso se lleva a cabo de manera cómoda y económica en operación
continua.
La polimerización del etileno se realiza normalmente en presencia de

catalizadores que producen radicales libres. El mecanismo general es semejante
al de otros compuestos de vinilo e implica las fases de iniciación del radical libre,
179
propagación de la cadena del polímero y terminación de la cadena. Un carácter

importante de la polimerización del etileno, por efectuarse el proceso en un gas
comprimido, es la posibilidad de variar la concentración del etileno entre límites
amplios, proporcionando así un medio, además de las variaciones de la
temperatura y de la concentración del catalizador, para controlar la rapidez de la
polimerización y el peso molecular del polímero. Otro punto importante es que la
producción de moléculas de cadena ramificada es mayor en la polimerización del
etileno que en otras polimerizaciones vinílicas, lo que influye en las propiedades
físicas y mecánicas del polímero.
Los principales problemas planteados en la producción de polietileno al pasar de

una escala pequeña a la fase fabril, han sido los relacionados con la manipulación
de los gases a alta presión y, más especialmente, el control de la polimerización
altamente exotérmica:
n C2H4 (gas) (C2H4)n (gas)
ΔH = -22 kcal/mol AF298 = -12 kcal/mol
Estas cifras de calor y energía libre dependen, en cierto grado, de la presión y de

la temperatura, pero en todas las condiciones es grande el calor de polimerización,
por unidad de masa, comparado con los calores producidos en la formación de
otros polímeros:
La eliminación de este calor de reacción es uno de los problemas más importantes

en el control de la polimerización. Aparte la disminución en el peso molecular que
resultaría de una elevación no controlada de la temperatura durante la
polimerización, pueden producirse otras reacciones de descomposición del etileno
si la temperatura sube demasiado. Esto fue un problema grave al principio de la
fabricación en gran escala del polietileno.
Son condiciones típicas para la producción de polietileno termoplástico una

presión aproximada de 1000 atm. (Proceso de alta presión) y una temperatura en
la región de 100-300 ºC. La polimerización del etileno comprimido es algo parecida
a la polimerización de líquidos, pero la mayor compresibilidad del etileno hace
posible variaciones mayores de la concentración sin la incorporación de segundos
componentes, y la influencia de la presión sobre la velocidad de polimerización es
mayor que en un monómero líquido como el estireno. La mayor velocidad por
aumento en la presión se debe al aumento en la longitud de la cadena del
polímero y al aumento en el número de cadenas iniciadas.
180
Como sucede en la mayoría de las otras polimerizaciones, una elevación de la

temperatura provoca un aumento en la rapidez de polimerización, pero disminuye
la longitud de la cadena.
En los primeros trabajos sobre la polimerización a presiones elevadas, se usó

como catalizador oxígeno molecular. En las condiciones en que es eficaz el
oxígeno, oxida rápidamente el etileno, y es probable que los radicales libres
producidos en esta reacción sean los que inician realmente la polimerización. El
uso de oxígeno como catalizador es interesante, porque este gas inhibe otras
polimerizaciones vinílicas. Después de los trabajos iniciales con oxígeno, se han
usado muchas sustancias como catalizadores de la polimerización, todas ellas
como productos de radicales libres. El peróxido de benzoilo y el de di-ter-butilo
pueden emplearse en solución acuosa, disueltos en un disolvente orgánico o en el
etileno comprimido. Los peróxidos inórganicos y los compuestos peroxi, entre ellos
el peróxido de hidrógeno y los persulfatos, son catalizadores eficaces y se usan en
solución acuosa. Los compuestos azoicos y los alquilmetales son otros tipos de
catalizadores. La temperatura de polimerización es el factor más importante en la
elección de catalizador.
El polietileno ha encontrado amplia aceptación en virtud de su buena resistencia

química, falta de olor, no toxicidad, poca permeabilidad para el vapor de agua,
excelentes propiedades eléctricas y ligereza de peso. Se emplea en tuberías,
fibras, películas, aislamiento eléctrico, revestimientos, envases, utensilios caseros,
aparatos quirúrgicos, juguetes y artículos de fantasía.
Las primeras aplicaciones del polietileno se basaron en sus excelentes

propiedades eléctricas, y hasta el año 1945 su uso como aislante en los cables
submarinos y otras formas de recubrimiento de conductores absorbió la mayor
parte del material fabricado. Recientemente, han adquirido mayor importancia los
usos que se basan en su inercia y su resistencia al agua, y hoy se usa el
polietileno en grado cada vez mayor para hacer botellas y otros envases, tuberías
para agua y película para envolver, usos que consumen más de la mitad del
polietileno producido. A continuación se estudian con más detalles algunos de los
usos más importantes.
Cables
Como aislante para los cables submarinos. En esta aplicación, la escasa

permitividad y la resistencia al agua son de especial utilidad. En 1940, era usado
como aislante en los cables de alta frecuencia usados especialmente en las
instalaciones de radar, y en este caso es el factor de potencia el que tiene la
máxima importancia. Muchos otros tipos de cables para usos militares y civiles
han empleado también el PE como aislante. Más recientemente, una salida
importante para el PE se ha encontrado en la construcción de cables en los cuales
181
el polímero se usa no como aislante eléctrico, sino como envoltura exterior. En

este caso puede considerarse como sustitutivo del plomo.
Envases, vasijas y tubos
El PE se usa muchos en forma de botellas, vasos y otros recipientes, tanto en la

industria para la manipulación de materias corrosivas como en el hogar para
diversos líquidos. En esas aplicaciones, las principales ventajas son la inercia, el
poco peso y menor probabilidad de que se rompa, comparado al vidrio. El PE se
utiliza en frascos lavadores de laboratorio y en frascos para la pulverización de
cosméticos. El PE se usa mucho para cierres de diversos tipos.
Los tubos de pared gruesa se usan para el transporte de agua, especialmente en

las granjas y en las minas, donde la facilidad para colocar las tuberías, la
resistencia a las condiciones corrosivas del suelo y el poco peso son factores
importantes. Otra aplicación de los tubos de polietileno son las instalaciones de
calor radiante; en éstas, las tuberías que conducen el agua caliente están
incluidas en un piso de hormigón. Sin embargo, en ésta y en otras aplicaciones
hay que tener en cuenta la oxidación del polímero a temperaturas próximas a 50
ºC y posiblemente a temperaturas más bajas.
Película
La película de polietileno en un espesor de 0,025-0,250 mm absorbe una

proporción elevada de la producción total de polietileno. Su uso se basó
originalmente en su combinación de buenas propiedades mecánicas con una baja
permeabilidad al vapor de agua, y por ello sirve para empaquetar productos
alimenticios, aplicación en la cual su flexibilidad a baja temperatura hace
satisfactorio su uso en los refrigeradores. También sirve para la protección de
objetos metálicos, equipo eléctrico, piezas grandes de maquinaria y vehículos,
para evitar su deterioro a consecuencia de la humedad. Se pueden usar también
para empaquetar ciertos productos alimenticios, y en este caso la transparencia, la
tenacidad y la resistencia al desgarramiento son las cualidades importantes. La
película de PE puede convertirse fácilmente en bolsas en maquinaria automática,
uniendo las secciones por medio del calor. Los adhesivos para el PE no dan
resultado. La película de PE puede imprimirse satisfactoriamente. La irradiación
gamma de la película de PE mejora señaladamente la retención de tinta. Un uso
especial interesante de la película de PE es la construcción de globos para las
investigaciones a grandes altitudes.
Revestimiento del papel
Otro uso del polietileno en forma de película es el revestimiento del papel para
reducir la permeabilidad al vapor de agua y mejorar las propiedades mecánicas.
Un uso semejante del PE es el mejoramiento de las propiedades del revestimiento
de parafina aplicado al papel.
182
Filamentos
El bajo punto de fusión del polietileno limita seriamente su uso como fibra textil;
pero se han hecho tejidos para tapicería de automóviles con monofilamentos de
polietileno. El PE no se tiñe fácilmente. Los filamentos se usan en el estado
estirado en frío, y una limitación a la utilidad de este material es el aflojamiento
que se produce a temperaturas elevadas. El deterioro mecánico a la luz solar es
también un problema.
Instalaciones químicas
El PE se usa para la construcción de instalaciones químicas en las cuales se

necesita cierta resistencia a los productos químicos. La película de PE se ha
usado para construir pisos resistentes a los ácidos.
Pueden resumirse entonces las principales aplicaciones de los distintos tipos de
polietileno en el siguiente cuadro:
Tabla 16 Aplicaciones de diferentes tipos de polietileno
Tratamiento de residuos
Evaluar la performance ambiental del polietileno implica tener en cuenta todas las
etapas por las que atraviesa un producto desde la extracción de las materias
primas para su elaboración hasta que se transforma en residuo juntamente con su
tratamiento. Este enfoque es denominado en la industria:
183
“Análisis del Ciclo de Vida”. De este modo se evalúa la fabricación, uso y

recuperación o disposición final en relación al balance de energía y al impacto
ambiental.
Recursos Naturales
Los plásticos son muy amigables con los Recursos Naturales. En Europa utilizan
sólo el 4% del petróleo para su fabricación. Incluso en la Argentina el polietileno es
fabricado a partir del Gas Natural, materia prima para la que se dispone de
abundantes y generosos yacimientos.
Reducción en la Fuente
Se refiere al esfuerzo que hace la Industria en utilizar cada vez menos materia
prima ya sea para fabricar un mismo producto o para transportarlo. Veamos como
colabora el polietileno en esta tarea:
Se comparan bolsas de papel y de plástico. Como vemos, se necesitan siete

veces más camiones para transportar la misma cantidad de bolsas. Transportando
bolsas de plástico ahorramos combustible, deterioro de neumáticos y se produce
una menor cantidad de emisiones de monóxido de carbono al aire; en definitiva,
ahorramos costos económicos y ambientales.
Valorización de los residuos plásticos
Significa el abanico de posibilidades que ofrecen los residuos plásticos para su

tratamiento:
Reciclado mecánico
El polietileno es reciclable, es decir, se vuelve a fundir y transformar en productos

finales. El polietileno reciclado es utilizado para fabricar bolsas de residuos, caños,
madera plástica para postes, marcos, film para agricultura, etc.
Recuperación energética
Los residuos plásticos (incluidos los de polietileno) contienen energía comparable

con la de los combustibles fósiles, de ahí que constituyen una excelente
184
alternativa para ser usados como combustible para producir energía eléctrica y
calor.
Reciclado químico
En la actualidad se están desarrollando nuevas técnicas de gran complejidad que

permitirán reciclar químicamente no sólo al Polietileno sino a todos los plásticos.
De esta manera se podrán recuperar los componentes naturales para volverlos a
utilizar como materias primas y así optimizar aún más los recursos naturales.
Rellenos Sanitarios
El polietileno, al igual que otros plásticos, es un material demasiado valioso como

para desecharlo; por lo que su valorización es siempre la opción preferible para su
tratamiento. Pero de no mediar otra opción, si tiene que ser enterrados en un
Relleno Sanitario, es importante saber que los residuos de polietileno son
absolutamente inocuos para el medio ambiente. Por su naturaleza son inertes y no
sufren degradación lo cual garantiza que no generan lixiviados de productos de
degradación, líquidos o gases que puedan emitirse al suelo, aire o aguas
subterráneas.
Obtención de Etanol
fuente:www.nedalco.nl/pics/intro_image.jpg
Generalidades
El etanol es un alcohol que se puede consumir como bebida alcohólica, como

antiséptico, como insumo químico, como combustible alterno o de reemplazo a la
gasolina entre otros usos. Se ubica dentro del grupo de los Biocombustibles y es
el término con el cual se denomina a cualquier tipo de combustible que derive de
la biomasa, de organismos recientemente vivos o de sus desechos metabólicos,
tales como el estiércol de la vaca.
185
La gran demanda de alcohol que se presenta actualmente ocasiona, como

respuesta de la industria, una elevada producción con la subsecuente generación
de residuos como la vinaza, a la cual es necesario prestarle la importancia que se
merece, como potencial contaminante o fuente de subproductos si así se desea.
Como respuesta a la crítica situación ambiental mundial, a la paulatina

disminución de los combustibles fósiles y a la posibilidad en el país de desarrollar
energías alternativas a partir de recursos renovables, el gobierno determinó
expedir la Ley 693 de 2001, donde se reglamenta la adición de etanol anhidro a
las gasolinas en un 10% a partir de 2006, lo cual crea la necesidad de aumentar la
producción de este alcohol, hasta niveles iniciales de 750 millones de litros / año,
con una generación aproximada de 150.000 empleos directos e indirectos
(Programa de Alcoholes Carburantes).
Como fuentes agrícolas para la obtención del etanol se tienen las azucaradas
(caña de azúcar, remolacha), las almidonáceas (cebada, banano, yuca), las
lignocelulósicas (madera, algodón), cuyas características fisicoquímicas llevan a
diferencias en la adecuación para un posterior tratamiento común en los tres
casos
El etanol, o alcohol etílico, es un alcohol líquido incoloro e inflamable con un punto

de ebullición de 78 °C. Al mezclarse con agua en cualquier proporción, da una
mezcla azeotrópica con un contenido de aproximadamente el 96 % de etanol, su
fórmula química es CH3-CH2-OH, principal producto de las bebidas alcohólicas.
El alcohol es un líquido incoloro y volátil que está presente en diversas bebidas

fermentadas. Desde la antigüedad se obtenía el etanol por fermentación
anaeróbica de una disolución con contenido en azúcares con levadura y posterior
destilación.
A continuación se mencionan algunas de sus propiedades:
Tabla 17 Propiedades del Etanol
186

El jugo de caña
El jugo después del proceso de molienda presenta la siguiente composición, tal
como se muestra en la tabla 18:
Tabla 18 Composición del Jugo
La Levadura – Saccharomyces cereviseae
Las levaduras son hongos unicelulares, esta especie en particular tiene forma
esférica y color beige, se encuentran en muchos hábitats y se reproducen por
gemación, son las encargadas de transformar los azúcares de en alcohol, para ser
utilizadas deben activarse a partir de su estado liofilizado, reproduciéndose en
medios ricos en nutrientes, después de esto se deben propagar en medios
adecuados y tras repique sucesivos, hasta lograr una densidad celular cercana a
los 50 millones de células por mililitro en el inoculó y con un volumen que debe
constituir del 10 – 15% del caldo de fermentación.
Nutrientes
Los nutrientes son útiles para que la levadura desempeñe mejor su labor
metabólica, estos son principalmente sales como: Fosfato Acido de Potasio
(K2HPO4), Sulfato de Magnesio (MgSO4), Sulfato de Amonio ((NH4)2SO4).
Diagrama de flujo
187
Sección de molienda
La caña preparada por las picadoras llega a los molinos y mediante presión se
extrae el jugo que se recolecta en tanques. En el recorrido de la caña por el
molino, se le agrega agua para diluir los jugos y maximizar la extracción de la
sacarosa que contiene el material fibroso que pasa a través de todas las unidades
que componen dicho molino.
Un proceso de molienda logra recuperar cerca del 95% del azúcar presente en la
caña, el bagazo final contiene el azúcar no extraído, la fibra leñosa y del 45 a 55%
de agua.
Sección de clarificación y preparación del jugo
En esta etapa se recibe y almacena el jugo de caña, que alimenta la planta. El

jugo proveniente de la sección de almacenamiento, se alcaliniza con cal hasta pH
entre 6.8 y 7.2%, luego se precalienta para facilitar su paso por el regulador de
densidad y evitar al mismo tiempo la formación de microorganismos,
posteriormente se añade un floculante, con el fin de favorecer la precipitación los
sólidos suspendidos y algunas sustancias como sales de cal y material proteico,
que son nocivos en la fermentación y aumentan los problemas de incrustaciones
en la destilación. El jugo pasa por un filtro para retener las partículas más gruesas
antes mencionadas, antes de pasar al recipiente de acidificación donde se
adiciona ácido sulfúrico para mantener el pH entre 4.0 y 5.0. Este jugo clarificado
se esteriliza calentándolo a 110°C por un tiempo de 10 minutos; se enfría en un
intercambiador por contacto con agua hasta 33°C que es la temperatura apropiada
para pasar a la
Sección de fermentación.
En esta etapa por cada 100 Kg de jugo que entran al proceso se produce 0.22 Kg
de cachaza, 0.04 Kg de torta y un jugo filtrado con 18ºBx.
Sección de fermentación
En los procesos en los que no se desea recuperar azúcar, el jugo pasa

directamente a fermentación, en los otros casos el jugo clarificado pasa a la etapa
de evaporación donde se obtiene azúcar A, B, y C de acuerdo al grado de pureza
y melazas o mieles dependiendo del punto final de evaporación.
En la fermentación, por acción biológica de la levadura, se da la transformación de

los azúcares fermentables contenidos en el jugo, en alcohol etílico y gas
carbónico. El proceso puede ser por lotes o continuo, se prefiere presentar este
último debido a que es más eficiente.
188
El jugo proveniente de la etapa anterior es mezclado, en el paso hacia la

fermentación, con la levadura proveniente del sistema de recuperación de
levadura y luego se transfiere secuencialmente a través de los fermentadores. El
proceso fermentativo ocurre entre 12-16 horas, las condiciones de operación
normal se fijan para producir alcohol de 8°GL. El calor de fermentación se elimina
circulando el jugo externamente a través de intercambiadores de placas.
El mosto fermentado se hace pasar por una centrífuga que tiene como objetivo
separar la levadura y enviarla al tanque de tratamiento ácido en donde el pH es
ajustado entre 2.6-3.0, después del cual se recircula directamente a los
fermentadores. El gas carbónico procedente de los fermentadores puede
recuperarse como subproducto.
La masa fermentada sigue desde las centrífugas hasta un tanque, de allí se

bombea a la destilación.
Sección de destilación y deshidratación de alcohol
El mosto fermentado obtenido con 8% de etanol en peso es bombeado hacia las

columnas de destilación, pero antes se hace pasar a través de una serie de
intercambiadores para llevarlo hasta 93°C. Esta mezcla entra a la primera
columna, donde el etanol es removido de las sustancias que no fermentaron y del
agua, estos líquidos y sólidos residuales conocidos como vinaza, salen por el
fondo de la columna y se bombean al sistema de tratamiento.
El etanol y vapor de agua dejan la parte superior de la columna con un 75% en

peso y entran a la columna rectificadora.
En la rectificadora el alcohol es llevado a su punto azeotrópico (96%v) y abandona

la torre por la parte superior, como vapor saturado, para entrar a la sección de
deshidratación. Desde la base de la columna rectificadora se extrae la flemaza
restante, no recuperada en la columna anterior, y es enviada a la planta de
tratamiento de aguas.
Si se quiere puede tomarse este alcohol, desnaturalizarse y almacenarse para

comercializarlo como alcohol azeotrópico, o si se desea obtener alcohol anhidro
con fines carburantes se procede a una deshidratación, para lograr
concentraciones superiores a 99.5%
La deshidratación se puede realizar por un proceso de adsorción sobre un tamiz

molecular, o por una destilación extractiva, entre otras opciones. El etanol anhidro
resultante se condensa por intercambio de calor con agua y posteriormente se
acondiciona para el almacenamiento, luego de realizada la desnaturalización para
cumplir con las disposiciones legales, Decreto 492 de 1983 para alcohol
extraneutro o Ley 693 de 2001 para alcohol carburante.
189
Además de consumirse como bebida alcohólica, el etanol se utiliza ampliamente

en muchos sectores industriales y en el sector farmacéutico, como principio activo
de algunos medicamentos y cosméticos (es el caso de el alcohol antiséptico 70º
GL y en la elaboración de ambientadores y perfumes). Es un buen disolvente,
puede utilizarse como anticongelante.
Se emplea como combustible industrial y doméstico, contiene compuestos como la

piridina o el metanol, que impiden su uso como alimento, ya que el alcohol para
consumo suele llevar impuestos especiales. En algunos países, en vez de etanol
se utiliza metanol como alcohol para quemar.
En Brasil se añade etanol a la gasolina para bajar la importación de petróleo,

dando lugar a la alconafta. Este país es uno de los principales productores (con 18
mil millones de litros anuales), con esto reducen un 40 % de sus importaciones de
crudo. Esta última aplicación se extiende también cada vez más en otros países
para cumplir con el protocolo de Kyoto. Estudios del Departamento de Energía de
USA dicen que el uso en automóviles reduce la producción de gases de
invernadero en un 85%. En países como México existe la política del ejecutivo
federal de apoyar los proyectos para la producción integral de etanol y reducir la
importación de gasolinas que ya alcanza el 60 %.
La industria química lo utiliza como compuesto de partida en la síntesis de

diversos productos, como el acetato de etilo (un disolvente para pegamentos,
pinturas, etc.), el éter dietílico, etc. También se aprovechan sus propiedades
desinfectantes.
Los residuos de la producción de etanol son principalmente, levadura que ha

perdido actividad, la cual se utiliza para la producción de proteína unicelular por
acción microbiana y el principal de los residuos es la vinaza, que contrario a lo que
muchas veces se afirma, no debería verse como un residuo, sino como un
subproducto con gran potencial de aprovechamiento, en virtud de sus
características fisicoquímicas, que varían bastante de acuerdo a las condiciones
del cultivo de la caña, al uso parcial o total de melaza, como fuente de azúcares.
Algunas de las alternativas para el tratamiento de la vinaza pueden ser:
• Aplicación directa como abono en el cultivo de la caña de azúcar
Gracias a su alto contenido en materia orgánica y minerales.
• Tratamientos anaerobios
Aquí se aprovecha la materia orgánica de la vinaza para la producción de metano.
190
• Reactores Biológicos Rotatorios.
Remueve parcialmente la DQO, en un 50%.
• Concentración-incineración
La vinaza concentrada al 60%, se comercializa, como materia prima para la

producción de concentrados y abonos. Con la incineración se obtienen cenizas
ricas en nitrógeno, carbono y potasio.
• Lagunas de Estabilización
El principio que se aplica en este caso es el de autodepuración natural.
• Producción de proteína unicelular
Se aprovecha la levadura que permanece en la vinaza, para someterla a la acción

de diferentes levaduras en condiciones aerobias, para producir proteína unicelular.
• Recirculación de la Vinaza
Sustitución de parte del agua de dilución de la melaza, por vinaza, no es aplicable

en el caso de utilizar el jugo de caña, como fuente de carbono.
TALLER:
1.- En su lugar de trabajo, residencia o estudio determine 5 ejemplos de

operaciones con fenómenos de transferencia de calor y los equipos que controlen
estas operaciones.
2.- Para el producto químico escogido determine todos las operaciones con
fenómenos de transferencia de calor presentes y para este determine los posibles
elementos de control necesarios, así como el preliminar de diseño de los posibles
equipos.
3.- Con la receta de cocina escogida determine todos los procesos que requieran
transferencia de calor y la forma de suministrárselos al proceso y las rangos
necesarios de temperaturas necesarias expresadas en unidades del sistema
internacional absolutos
191
CAPITULO 6. Fenómenos de Transferencia de masa.
fuente:www.coiqcv.com/imagenes/antecedentes.jpg
Desde los albores del nacimiento de la Industria Química a mediados del siglo
pasado, se vio la necesidad de investigar y diseñar métodos para separar los com-
puestos de las mezclas, con el fin de obtener sustancias con alto índice de pureza.
Aprovechando la facultad que tienen muchas sustancias de ser solubles en

algunas y ser insolubles en otras, se pueden obtener muchas separaciones o
purificaciones.
Un ejemplo sencillo es la utilización de la propiedad que tiene el aire de disolver,

hasta cierto límite, el agua que se encuentra presente en una sustancia sólida.
Esta propiedad que se utiliza en las operaciones de secado es un caso típico de
una transferencia de masa, en donde, las moléculas de agua, en estado liquido,
migran desde el sólido hasta la corriente de aire que las disuelve en estado
gaseoso.
Otro ejemplo muy conocido en nuestro medio es el proceso de purificación del

alcohol a partir de un mosto fermentado al cual se le aplica calor y mediante el
contacto de las fases gaseosa y líquida. En varias etapas, se opera un proceso de
separación de las moléculas del alcohol, el cual se recupera en la parte superior
de una torre de destilación. Esta operación en donde opera una transferencia de
masa se denomina destilación fraccionada.
El punto común en el estudio de todas estas operaciones es el contacto directo

entre dos fases inmiscibles. Tenemos así las operaciones que involucran el
contacto de un gas con un líquido, como en el secado, la evaporación y la
destilación. La lixiviación o extracción por solventes es un caso típico de operación
192
con transferencia de masa entre un líquido y un sólido. Dentro de esta categoría

también pueden clasificarse el lavado y la cristalización.
Lección 25. Difusión
El concepto de difusión nos es muy familiar cuando estamos hablando de gases.

Al revisar las nociones fundamentales de fisicoquímica y termodinámica,
recordamos que las moléculas de un gas se encuentran en continuo movimiento; y
que como fruto de ese movimiento se presentan permanentes choques y cambios
de dirección en la trayectoria de esas moléculas.
También recordamos que la actividad de las moléculas de cualquier gas, se incre-

menta con el aumento de la temperatura. El estudio de todos esos fenómenos se
denomina Teoría Cinética de los Gases, la cual explica el movimiento espontáneo
de estos en su conjunto y en el ámbito molecular o atómico, al igual que describe
la trayectoria de dicho movimiento.
La difusión puede considerarse como un fenómeno de desplazamiento que le

ocurre a una sustancia a través de otra en una sola fase, o como el movimiento de
una o varias sustancias a través de otras en una o varias fases.
A manera de ejemplo pensemos en la siguiente situación: a una taza de café le

han depositado muy suavemente en el fondo dos cubos de azúcar. Al cabo de un
tiempo podemos comprobar que si probamos un poco del café de la superficie
probablemente no percibamos el sabor azucarado.
De otra parte, si logramos tomar un poco del café que se encuentra contiguo a los
cubos de azúcar, inmediatamente notamos un ligero sabor dulce.
Si fuese posible mantener durante varias horas el sistema azúcar-café sin

interferencias externas y volviéramos a realizar la misma prueba de la superficie y
del fondo de la taza, lo más probable será que en la superficie aun no percibamos
el sabor azucarado, mientras que en el fondo apenas podríamos decir que el
sabor dulce, acaso se ha incrementado ligeramente.
Ahora bien, si con una cuchara agitamos el contenido de la taza cinco o seis
veces, podemos comprobar que la mezcla azúcar-café, es completamente
193
homogénea y el sabor dulce se percibirá igualmente en cualquier parte de la

mezcla.
En el ejemplo que acabamos de describir ocurren dos fenómenos bien distintos; el

primero se refiere al movimiento espontáneo de las moléculas de azúcar a través
del café. Dicho movimiento desde los puntos de mayor concentración hasta los
puntos de menor concentración se conoce como Difusión Molecular. Mediante
este proceso, la mezcla café-azúcar conseguirá la homogeneidad después de
mucho tiempo, quizás dure varios días antes de llegar a un estado de perfecto
equilibrio.
El otro fenómeno descrito, por la agitación del contenido de la taza de café

mediante el movimiento brusco de la cucharita, es un movimiento de mezcla en el
que grandes porciones del líquido son obligadas a ponerse en contacto íntimo con
otras porciones diferentes en donde se producen remolinos y otros tipos de
movimientos de convección bruscos que en términos generales pueden ser
descritos, por el concepto de Turbulencia.
A la transferencia ocasionada por este fenómeno se le denomina Difusión

Turbulenta. En este segundo caso, la mezcla café-azúcar conseguirá la
homogeneidad en pocos segundos. Aunque la mezcla rápida descrita como
Difusión Turbulenta se opone al concepto de Difusión Molecular, siempre será
esta última la responsable de alcanzar la homogenización o uniformidad de la
mezcla.
En otras palabras: en toda difusión turbulenta se presenta difusión molecular a

escala microscópica; este fenómeno explica que en cada pequeña partícula de
fluido exista una migración espontánea de los componentes de la mezcla desde
los puntos de mayor concentración hasta los de menor concentración
Difusión molecular
194
Adolf Fick, médico alemán, fue uno de los pioneros en el estudio de la difusión
molecular y estableció diversas relaciones conocidas como Leyes de Fick.
La más importante de ellas, de donde se derivan muchas más relaciones, es la

Primera Ley de Fick de la Difusión, que establece que en una solución de dos o
más componentes, el flujo molar relativo de cualquiera de los componentes es
directamente proporcional a la rata de cambio de la concentración molar y al área
perpendicular a la dirección del flujo molar.
Dado que el flujo molar relativo se presenta en todas las direcciones espaciales, la
expresión matemática de la Ley de Fick deberá relacionarse para cada una de las
direcciones longitudinales específicas.
La ecuación:
Ecuación 74
74
En una solución de varios componentes, cada uno de ellos migrará en forma

espontánea a todos los sitios de menor concentración; este hecho nos pone de
manifiesto los desplazamientos de todos los componentes en todas las
direcciones hasta alcanzar la uniformidad.
Consideramos que los desplazamientos de todos los componentes pueden

expresarse mediante un desplazamiento neto o promedio; de igual forma podemos
definir la velocidad molar media de un sistema en dilución como la velocidad
resultante de la suma vectorial ponderada, de las velocidades promedio de cada
uno de los componentes del sistema.
195
El término (dnA / dt )x de la Primera Ley de Fick de la difusión, describe el flujo

molar del componente A referido a la velocidad molar media de todo el sistema, en
la dirección x. De allí el nombre de: flujo molar relativo.
Para comprender mejor el fenómeno de difusión, imaginemos un recipiente que

contenga dos compartimentos separados por un tabique que puede ser retirado en
cualquier momento.
En el primer compartimiento se prepara una solución líquida que contenga sólo

dos componentes: A y B solubles entre sí. De igual forma en el segundo
compartimiento se prepara otra solución con los mismos componentes A y B, pero
de tal forma que la concentración del componente A sea menor que la del primer
compartimiento
Figura 49 Difusión molecular
Como las soluciones son mezclas binarias (tan sólo dos componentes), entonces
se cumple que:
CA1 > CA2

CB1 < CB2 (1-2)
En donde:
CA1 = Concentración del componente A en el compartimiento 1, en Moles de

A/Unidad de volumen (Moles/L3)
CA2 = Concentración del componente A en el compartimiento 2.
CB1 = Concentración del componente B en el compartimiento 1.
CB2 = Concentración del componente B en el compartimiento 2.
Al retirar el tabique del recipiente, las dos soluciones se pondrán en contacto en S

(ver figura 49); inmediatamente comenzará un movimiento espontáneo de las
moléculas del componente A del primero al segundo compartimiento, y de igual
forma, se observará el desplazamiento de moléculas del componente B del
segundo compartimiento al primero.
Con base en esta experiencia definimos los siguientes conceptos:
196
VA = Velocidad promedio lineal con que se desplazan las moléculas de A a través

de una superficie de contacto S, perpendicular a la dirección de la velocidad. La
unidades de V A son L / θ.
VB = Velocidad promedio lineal con que se desplazan las moléculas de B a A a

través de S, en L/ θ.
NOTA: VA y VB tienen la misma dirección (perpendicular a S) pero sus sentidos

son contrarios.
La velocidad molar media de todo el sistema (VM) se define como:
Ecuación 75
En donde:
VM= Velocidad molar media de todo el sistema en L/O
C = Concentración molar total en Moles/L3
A su vez la concentración molar total se calcula mediante la suma de las
concentraciones molares de los componentes:
Ecuación 76
C= CA + CB
La velocidad molar media (VM) tendrá la misma dirección que VA y vB

(perpendicular a S); el sentido de vM será el resultante de la suma vectorial
ponderada de las velocidades de los componentes.
El anterior análisis puede extrapolarse a una mezcla de muchos componentes. En

este caso A puede considerarse como un componente en solución y B
representará entonces a los demás componentes.
De igual forma, para las ecuaciones 74, 75 y 76, los términos serán:
CA = Concentración del componente A en la mezcla o solución.

CB = Concentración de todos los demás componentes sumados.
VA = Velocidad promedio del componente A.
VB = Velocidad promedio resultante de la suma vectorial ponderada de los demás
componentes.
197
Ejemplo 26
Después de algún tiempo de haber depositado varios cubos de azúcar, en el fondo

de una olla metálica cilíndrica de 9 centímetros de diámetro y 12 centímetros de
altura, llena de café con leche, se observa que la concentración de azúcar varía
según la altura donde se tome la muestra. Se encontró que la concentración sigue
aproximadamente la ecuación:
En donde:
z = Altura, medida desde el fondo de la olla, en cms.

CA= Concentración del azúcar en Moles/gramo por litro de solución (Moles / litro)
1. Determinar la concentración de azúcar en Moles-gramo, por centímetro cúbico

(Mol/ cm3) para el fondo de la olla y para intervalos de tres centímetros (3 cm) de
altura sobre el fondo de la olla.
2. Determinar el flujo molar relativo en Moles - gramo por segundo con que se
difunde el azúcar, medido a ocho centímetros del fondo.
NOTA:
Por métodos experimentales se determinó que el coeficiente de difusión o
difusividad del azúcar en el café con leche es de DAB = 4.8 x 10-6 cm2/seg.
Solución:
Para encontrar la concentración de azúcar en Moles/cms3, será necesario dividir

por 1.000 la ecuación propuesta:
Desarrollando, tenemos:
198
Para determinar el flujo molar relativo, acudimos a la Primera Ley de Fick, para la
dirección z:
(dnA / dt )z = -DAB x S ( ∂ CA / ∂ z )
Donde la derivada parcial con respecto a z es:
Como el área de difusión es
Se tiene:
Desarrollando para z = 8 cm., tenemos:
Flujo neto molar
Si queremos conocer el flujo molar de los componentes con respecto a un

observador fijo que se encuentra por fuera del sistema de difusión, definimos los
siguientes conceptos:
Sean ρA y ρB las densidades de A y B respectivamente, en unidades de masa,

por unidad de volumen (M/L3).
Sean MA y MB los pesos moleculares de A y B respectivamente, en unidades

masa por unidad molar (M/Moles).
Podremos entonces definir los flujos netos molares de los componentes de una
mezcla binaria, a través de una superficie perpendicular (S), como las relaciones:
Ecuación 77
En donde:
199
NA y NB, son los flujos netos molares de los componentes A y B, con respecto a
un observador fijo. Las unidades de estos flujos netos molares son las mismas que
las del flujo molar relativo: Moles/θ
Si observamos dimensionalmente a la relación ρA /MA, encontramos que tiene las

unidades de la concentración CA (Moles/ L3). De igual forma podremos decir que
CB = ρB / MB. De acuerdo con lo anterior, la ecuación 77 puede transformarse en:
Ecuación 78
Efectuando las transformaciones y reemplazos convenientes a la ecuación 78, de

la velocidad molar media (VM), encontramos que:
Ecuación 79
Relacionemos ahora los dos conceptos del flujo molar. El flujo neto molar de un
componente con respecto a un observador fijo deberá ser el resultado de sumar el
flujo molar relativo (dn/dt), con las moles del componente que se encuentran
desplazándose a la velocidad molar (VM).
En términos matemáticos, la relación para el componente A, será la siguiente:

Ecuación 79
NA = vM CA S + (dnA / dt)
El término VMS puede despejarse de la ecuación 79:
VMS = (NA+ NB)/C
De igual forma, de la ecuación 2-25, reemplazando la equivalencia de dnA/dt para

la dirección x, tendremos:
Ecuación 80
NA = (NA+NB) CA / C - DAB S (∂CA / ∂x)
y
NB = (NA+NB) CB / C - DBA S (∂CB / ∂x)
Sumando las anteriores relaciones, se puede demostrar que para una

concentración molar total constante (C = CA + CB = constante), los valores de los
coeficientes de difusión son iguales (DAB = DBA).
Difusión molecular en líquidos
Para el caso de líquidos en reposo o en flujo laminar, la ecuación 3-9 describe

convenientemente el fenómeno de la difusión.
200
Si consideramos como valores constantes a los flujos netos molares (NA y Ns), la
concentración total (C), las difusividades (DAB Y DBA) y la superficie
perpendicular al flujo (S), la ecuación 79 puede integrarse para la dirección x,
dando por resultado:
Ecuación 81
En donde CA1 y CA2 son las concentraciones inicial y final del componente A a
través de recorrido Δx. De igual forma para CB1 y CB2
Las relaciones CA /C y CB /C corresponden a las fracciones molares de los

componentes A y B respectivamente. Para el caso de líquidos, se acostumbra
representar las fracciones molares con la letra x.
CA1 / C = XA1 CA2 /C = XA2

CB1 /C = XB1 CB2 /C = XB2
La ecuación 81 fue desarrollada para concentración total constante. Sin embargo,

en muchas mezclas o soluciones liquidas el valor de la concentración total (C) es
variable.
Cuando este fenómeno sucede es preferible utilizar un valor promedio de la

concentración total. Recordemos que la concentración puede expresarse como C
= ρ /M (densidad sobre peso molecular).
Con las anteriores consideraciones, la ecuación 81 puede ser escrita, para una
dirección cualquiera, z, así:
Ecuación 82
En donde:
( ρ/M)prom : Concentración molar total promedio en Moles/L 3
Δz: Distancia o longitud de transferencia, en L.
201
Ejemplo 27
En una fábrica de grasas y aceites se están efectuando ensayos de laboratorio

sobre la velocidad de difusión del glicerol en solución en diferentes mezclas de
ácidos grasos. Durante el ensayo se colocó una película de medio centímetro de
espesor de una mezcla estable de ácidos grasos de igual composición a la del
solvente del glicerol y después de cierto tiempo, se midieron las concentraciones a
lado y lado de la película; se encontró que el glicerol tenía una concentración del
15.5% en peso por debajo de la película y de 4.8% por encima.
Utilizando los datos que a continuación se suministran, determinar:
1. Flujo molar neto del glicerol a través de la película.
2. Flujo molar neto de la mezcla estable de ácidos grasos en el glicerol
3. Velocidad molar media.
Se suministran los siguientes datos para A: glicerol y B: mezcla estable de ácidos

grasos:
NA / NA +NB = 1.0018
DAB = 1.83 X 10-5 cm2 /seg
ρGlicerol (4.8%) = 0.868 gr / cm3 = ρ2
MA = 92.09
ρ Glicerol ( 15.5%) = 0.912 gr / cm3 = ρ1
MB = 279.43
ρ Mezcla ácidos grasos = 0.848 gr/cm3
Superficie de intercambio: S = 16 cm2
Solución:
1. Para averiguar el flujo molar neto (N), aplicamos la ecuación 2-30
NA / NA, DAB, S y Δz son conocidos
Será necesario calcular XA1 XA2 y (ρ/M)prom
202
Para encontrar las fracciones molares, tendremos que recurrir a los porcentajes en
peso y los pesos moleculares:
Por su parte, el peso molecular de la solución al 15.5% y al 4.8% puede ser

evaluado como el inverso de los denominadores de las relaciones matemáticas
XA1 y XA2, respectivamente.
Aplicando la fórmula
203
Tenemos
NA = 6.77 x 10-7 Mol g/seg
Flujo molar neto de la mezcla estable de ácidos grasos en glicerol
NB = -0.0018 / 1.0018 NA ; entonces:
NB = -1.22 x 10-9 Mol g/s

La velocidad molar media puede calcularse mediante la ecuación 77.
En donde
Despejando tenemos:
Difusión molecular en gases
Para gases ideales se cumple la siguiente relación:
Ecuación 83
en donde:
YA= Fracción molar del gas componente A en la mezcla total de gases, en Moles
de A / Moles totales.
CA= Concentración molar del componente gaseoso A, en Moles de A /L 3
C= Concentración molar total de todos los componentes gaseosos, en Moles

totales/L3
PA= Presión parcial del gas A, en unidades de presión
P= Presión total de la mezcla de gases, en unidades de presión.

204
Cuando dos o más gases se encuentran mezclados se cumple la ley de difusión

que tiende a llevar la mezcla a su estado estable de homogeneidad. Esto implica
que las moléculas de cada uno de los componentes se desplazarán
difusionalmente desde los puntos de mayor concentración a los de menor
concentración.
A diferencia de la difusión en líquidos, la concentración total de los gases

mezclados se mantiene constante. Esta a su vez, puede ser expresada en función
de otras variables, tales como presión y temperatura.
Recordemos la ley de los gases ideales:
PV = n RT
La concentración total de una mezcla de gases está dada por el número total de
Moles (n) por unidad de volumen (V). De tal manera que si despejamos la relación
(n/V) de la ley de los gases ideales, encontramos la concentración total (C), en
función de las otras variables:
Ecuación 84
En donde:
C = Concentración total, en Moles/L3

n = Número de moles totales
V = Volumen total, en L3
P = Presión en unidades de presión
T = Temperatura, en grados absolutos
3 R = Constante universal, en unidades consistentes.
Con la anterior consideración, la ecuación 2-32, puede transformarse, para el caso
de gases ideales, en la siguiente relación:
Ecuación 85
205
En donde:
YA1 = Fracción molar del componente A en el punto de mayor concentración
YA2= Fracción molar del componente A en el punto de menor concentración.
La anterior ecuación puede transformarse en términos de presiones parciales, así:
Ecuación 86
En donde:
PA1: Presión parcial del componente A en el punto donde comienza la difusión
PA2: Presión parcial del componente A en el punto donde termina la difusión
4 P: Presión total del sistema.
Los valores de los coeficientes de difusión se determinan experimentalmente. En

la tabla al final de este capítulo se encuentran algunos valores de dichos
coeficientes para mezclas binarias de varios gases, extractados de “The Chemical
Engineers~ Handbook Perry & Ass.”.
Ejemplo 28
Calcular el tiempo que tardan en difundirse 5 miligramos de amoniaco en el aire

que se encuentran en el interior de un tubo de 2 pulgadas de diámetro interno.
Los puntos de muestreo están separados 12 centímetros medidos

longitudinalmente a través del tubo.
Se encontraron los siguientes datos:
P= 1.617 atmósferas
(PNH3)1 =0.423 atmósferas
(PNH3)2 =0.1 07 atmósferas
T= 0OC
R= 82.06 cm3. atm / Molgr 0K
NOTA: suponga que el aire no se difunde en el amoniaco.
206
SOLUCION: Utilicemos la ecuación 83:
Dado que el aire (B) no se difunde, NB=0.

La ecuación queda reducida a:
En donde:
DAB = 0.198 cm2/seg.
P = 1.6l7atm.
PA1 = O.423atm.
PA2 = 0.lO7atm. Δx = 12cm
T= 2730K
R = 82.06 cm3 x atm/Mol gr0K
Entonces S = 20.27 cm2
NA = 5.6683 X 10-6 Moles-gramo / s

El número de moles de amoniaco que existen en 5 miligramos es:
El tiempo que tardará la difusión será: NA1 / NA1
207
Difusión en sólidos
El estudio de la difusión en sólidos, es bastante complejo puesto que se presentan

múltiples situaciones y sería imposible tratar de abarcarlas todas.
Existen dos comportamientos ideales en la difusión en sólidos: el primero de ellos

se refiere al fenómeno que describe a una sustancia que se difunde a través de un
sólido, formando una perfecta solución entre la sustancia que se difunde y el
sólido.
El segundo tipo de comportamiento ideal, se presenta en sólidos porosos en

donde la difusión actúa sobre los intersticios y canales internos sin afectar la
composición misma del sólido.
Se han desarrollado diversas relaciones matemáticas para describir los dos

comportamientos ideales descritos anteriormente; sin embargo, en la gran mayoría
de los casos reales, las situaciones que se presentan, describen comportamientos
mixtos en donde parte de la sustancia que se difunde, se localiza en el sólido, y
otra parte migra a través de la porosidad propia de los sólidos.
Encontrar relaciones matemáticas que describan plenamente estos fenómenos

resulta ser una tarea cuyos resultados son muy difíciles de obtener. No obstante la
aplicación de las leyes de Fick de la difusión, con algunas consideraciones y
adecuaciones, puede llegar a una buena aproximación en la descripción real de
los fenómenos difusionales en sólidos.
Consideremos el caso del proceso de secado de los quesos. El agua es uno de

los constituyentes propios de la leche y por consiguiente del queso. En el proceso
de secado, el suero (agua con constituyente), migra desde el interior del queso
hasta la superficie, atravesando espacios vacíos (porosidades) y difundiéndose
también a través de la parte sólida, mostrando de esta forma un comportamiento
mixto. El agua se difunde desde la superficie del queso al aire, mediante un
proceso de evaporación y el queso comenzará a mostrar cada vez una
consistencia más sólida y con menor cantidad de humedad.
Este proceso de evaporación permitirá un gradiente de concentración del agua

que facilitará la difusión de este compuesto, del interior del queso a la superficie.
La aplicación de relaciones matemáticas nos lleva a la aplicación de la primera ley

de Fick en el que ya no diferenciaremos el flujo molar relativo (dnA/dt) con el flujo
neto molar (NA), puesto que en este caso ya no encontraremos relaciones de
difusión de un componente frente a otros, sino que se estudiará la difusión de
cada uno de los componentes que se difunden con respecto a un sólido inmóvil.
208
La expresión general de difusión en sólidos para una dirección cualquiera, x, es:
Ecuación 85
NA = - DABS(∂CA / ∂x )
Si los términos NA DAB y S son constantes, la ecuación 85 podrá integrarse para

dar:
Ecuación 86
NA= DAB S ( CA1 / CA2 ) / Δx
En donde:
NA = Flujo molar de la sustancia A que se difunde a través de un sólido B, en

Moles/θ
DAB = Difusividad del componente A a través del sólido B en L2/ t
CA1 = Concentración molar del componente A medida en el punto donde comienza

la difusión, en Moles/L3
CA2 = Concentración molar del componente A medida en el punto donde termina la

difusión, en Moles/L3
S = Superficie perpendicular a la difusión de A, en L2
Δx= Distancia, o longitud de difusión, en L.
A diferencia de los casos estudiados de difusión en fluidos, la difusión en sólidos

presenta gran dificultad en determinar los coeficientes de difusión, o difusividades
(DAB) dada la completa heterogeneidad de las situaciones que se pueden dar.
En las industrias de alimentos que requieran de estudios sobre difusión en sólidos,

usualmente se recurre al método experimental para determinar valores de
difusividad específicos para cada caso, dependiendo de calidades de materia
prima y características del producto terminado.
Ejemplo 29
En una fábrica de quesos se desea determinar el tiempo de secado a que se

deben someter unos bloques cuadrados de queso de 18 cms. de lado, si se
desean retirar 150 gramos de agua de cada bloque.
209
Se puede considerar que durante el proceso de secado, se mantiene constante la

diferencia de concentraciones del agua entre el centro y la superficie del queso, en
un valor de 1.6 Mol g/ft.
Mediante experiencias previas de laboratorio se determinó que la difusividad en

sentido horizontal es de:
(DAB) x = (DAB) y = 4.56 x 10-3 cm2/seg.
Mientras que la difusividad en sentido vertical es de:
(DAB) z = 3.96 x 10-3 cm2/seg.
El proceso de evaporación y, por consiguiente el de difusión, se presenta por las

cinco caras del bloque que están expuestas al aire; la cara inferior está en
contacto con la superficie de la mesa y por consiguiente, no ocurre evaporación
por esa cara.
Solución: El proceso de difusión actúa en las direcciones x, y, z. Por lo tanto, la

ecuación 1-90 deberá aplicarse tantas veces, como caras o superficies de difusión
existan:
NA = (NA)x + (NA)y + (NA)z
(NA)x = 2 (DAB)x Sx (CA1 - CA2) / Δx
(NA)y = 2 (DAB)y Sy (CA1 - CA2) / Δy
(NA)z = 2 (DAB)z Sz (CA1 - CA2) / Δz
En donde:
(DAB)x = (DAB)y = 4.56 x 10-3 cm2/seg
(DAB)Z = 3.96 x 10-3 cm2/seg.
Sx= Sy = Sz = 18 x 18 = 324cm2
(CA1 - CA2) = 1.6 ( Mol gr / litro) x ( 1 / 1000 ) (litro / cm3) = 1.6 x 10-3 mol gr / cm3
Δx = Δy = Δz = 18/2 = 9 cm
Teniendo presente cuatro caras verticales (2 en x y 2 en y) y dos caras

horizontales:
210
NA = 1 .5068 x 10-3 Mol gr / seg

Se requieren eliminar 150 / 18 = 8.3333 Mol g de agua. Entonces
el tiempo de secado será:
Operaciones de contacto en equilibrio
En capítulos anteriores se estudiaron los principios generales de la Transferencia

de Masa. Se establecieron las reglas que rigen la difusión molecular en cada una
de las fases y, finalmente, se enunciaron los principios de transferencia entre
fases inmiscibles.
La verdadera importancia de la transferencia de masa radica en la separación de

compuestos o purificación de sustancias mediante procesos de transferencia entre
fases inmiscibles.
Recordemos el ejemplo del amoniaco (NH3) que se difunde y se disuelve en el

agua y en el aire; este ejemplo permite establecer que en un sistema cerrado aire -
agua - amoniaco, se llega a un estado de equilibrio dinámico en el cual las
concentraciones del amoniaco en el agua y en el aire permanecen constantes,
mientras que a través de la interfase continúa el desplazamiento de moléculas del
agua al aire y del aire al agua con idéntica velocidad de difusión.
A pesar de que las concentraciones del NH3 en el aire y en el agua permanecen

constantes, éstas son diferentes entre sí lo cual permite concluir que la diferencia
de concentraciones no es la fuerza impulsora de la difusión interfásica, sino que es
el potencial químico el que gobierna dicha fuerza.
En el caso del sistema aire - agua - amoniaco, el equilibrio dinámico se presenta

cuando los potenciales químicos en las fases líquida y gaseosa se igualan. Esta
situación de equilibrio permanecerá hasta que alguna circunstancia externa varíe.
Por ejemplo: Si se incrementa la presión y la temperatura, se presentarán cambios

momentáneos en los potenciales químicos, los cuales se igualarán posteriormente
al obtenerse una nueva situación de equilibrio dinámico.
De igual forma, si manteniendo la presión y la temperatura constantes,

adicionamos mayor cantidad de amoniaco al sistema, las concentraciones de NH3
en el agua y en el aire aumentarán y llegarán a una nueva condición de equilibrio,
diferente a la anterior.
Puesto que a condiciones constantes de presión y temperatura, la concentración

del amoniaco en una de las fases, determina una única concentración de equilibrio
211
para la otra fase, es posible determinar una relación gráfica de fracciones molares
en el líquido (xA) vs. fracciones molares en el gas(ya).
En diferentes recipientes cerrados se han preparado soluciones de amoniaco en

agua, dejando un espacio con aire. Al cabo de un tiempo se han tomado datos
experimentales que muestran las siguientes relaciones para un sistema aire - agua
- amoniaco, medido a presión de 1 atmósfera y 10°C.
Lección 26. Operaciones de Transferencia de Masa
fuente:www.idrc.ca/.../img/aglom_mine_160_la_0.jpg
En este capítulo se estudiara los procesos donde necesariamente debe cambiar la

masa de un material a otro, ya sea solo para una operación física o donde haya
una operación física
Extracción, lixiviación y lavado
fuente:www.delanitrading.com/images/ico_acei1gr.jpg
212
A continuación se estudiaran los mecanismos que regulan la extracción de

sustancias o grupo de sustancias mediante la utilización de uno o varios líquidos.
De acuerdo con lo anterior, las operaciones de extracción mediante corriente
líquida se pueden clasificar en tres grupos:
Extracción por solventes
Consiste en una operación de separación por contacto de equilibrio líquido -

líquido, en el que una corriente líquida (llamada solvente) se pone en contacto
íntimo con otro líquido, el cual es inmiscible con el solvente; este disuelve algún
componente que contiene el segundo líquido, separándolo de esta forma.
Lixiviación
Consiste también en una operación de extracción por medio de solventes líquidos,

pero esta vez la sustancia de la cual se va a extraer algún componente es un
sólido. Por lo tanto se trata de una operación de separación por contacto de
equilibrio sólido - líquido.
Lavado
Al igual que la lixiviación, en la operación de lavado se presenta una separación

por contacto sólido - líquido, pero son características muy especiales: En el
lavado, el solvente líquido es generalmente agua corriente y las sustancias por
extraer son impurezas que se desechan y no se recuperan.
Los principios generales estudiados en la lección 5 son aplicables a las tres

operaciones mencionadas; sin embargo, cada una de ellas presenta
características especiales que deben ser consideradas individualmente.
De igual forma, en todas las operaciones de extracción se pueden presentar

contactos y separaciones por cochadas o continuos, en una sola etapa o en
múltiples etapas. Sin embargo las características peculiares de cada operación
exigen diseños de equipos específicos, adecuados a cada una de las
necesidades.
213
Extracción
fuente: bp1.blogger.com/_KjsBAaFKf8E/RwV0i_LP_NI/AAAA...
Operaciones de extracción por solventes
La selección de una operación de separación por extracción frente a opciones

diferentes, obedece generalmente a una decisión de tipo económico.
Si una sustancia sólida está disuelta en un líquido, es posible separarla o aislarla,

evaporando todo el líquido mediante la adición continua de calor.
De otra parte, si dos sustancias líquidas están disueltas es posible separarlas

mediante una destilación simple o una destilación fraccionada.
En ambos casos es posible plantear como medio alterno de separación, la

extracción por solventes. Es claro que en esta operación si deseamos aislar la
sustancia extraída, será necesario plantear una nueva operación de separación,
que puede ser evaporación, destilación, cristalización o alguna otra.
Dado que se proponen diversos caminos para llegar a un mismo fin, debemos
acudir a otros parámetros de decisión que incluyen las consideraciones
económicas, en la escogencia definitiva de la operación de separación.
Consideremos por ejemplo la necesidad de separar unos ácidos grasos de alto

peso molecular que se encuentran mezclados con aceites vegetales.
214
Esta separación es factible realizarla mediante una destilación con alto vacío. Sin
embargo, también es posible separarlos mediante extracción con propano líquido.
A temperatura ambiente el propano pasa de gas a líquido aumentando

ligeramente la presión por encima de la atmosférica. Utilizando propano líquido
como solvente se pueden extraer algunos ácidos grasos. Posteriormente,
reduciendo la presión, el propano se vuelve gaseoso y se separa fácilmente de los
ácidos grasos.
Como podrá comprobarse, una operación de destilación a alto vacío resultará muy
costosa comparada con los costos que implica la operación de extracción con
propano líquido.
En este caso la razón económica determina el tipo de operación por realizar.
Existe una nomenclatura especial que es muy utilizada en los procesos de

extracción por solventes, la cual se anuncia a continuación.
Alimentación. Líquido o solución a la cual se le va a extraer uno o varios de sus

componentes.
Solvente. Líquido que disuelve y extrae la sustancia objeto de la operación.
Extracto. Es el solvente con la sustancia extraída, después de la operación de

extracción.
Refinado. Líquido residual al cual se le ha extraído las sustancias componentes.
Extractado. Residuo de sólidos que queda después de la extracción.
De acuerdo con lo anterior, a una unidad de extracción líquido - líquido, entran dos
corrientes: alimentación y solvente y salen dos corrientes: extracto y refinado.
Se tiene la extracción de sólidos con solventes líquidos (tal es el caso de su

aplicación en la industria del café tanto para la obtención del café soluble como el
liofilizado) y la extracción de componentes líquidos con solventes miscibles al
líquido que se quiere extraer e insolubles con el residuo como en la industria del
aceite, ya sea de origen animal o vegetal
La extracción de un componente sólido soluble de un material por medio de un

solvente recibe el nombre de lixiviación. Como todas las operaciones de
transferencia de masa en las que intervienen sólidos, el tamaño de las partículas
incide sobre la tasa o velocidad de extracción. A menor tamaño en las partículas
mayor velocidad de extracción se obtiene. Igualmente el área de contacto incide
sobre la tasa. No obstante muy pequeño tamaño en las partículas puede
215
compactar la masa, disminuyendo el área de transferencia e impidiendo el paso

del solvente.
De ahí que se deban tener adecuados tamaños y que ellos sean consecuentes a
la viscosidad del solvente para permitir un fácil fluir e igualmente un mayor
contacto con el sólido.
A medida que el solvente, retira el soluto, la solución incrementa su viscosidad.
La temperatura favorece la extracción no solamente porque en la inmensa

mayoría de las sustancias favorece la solubilidad sino porque disminuye la
viscosidad, igualmente la agitación acelera la extracción.
La extracción generalmente se lleva a cabo en varias etapas y en contracorriente,

involucrando tres operaciones, la extracción propiamente dicha, la separación del
extracto o solución del extractado y finalmente lavado del extractado o residuos
sólidos para una mayor recuperación.
Operaciones en una etapa
Las operaciones de contacto en equilibrio pueden desarrollarse en una etapa o en

múltiples etapas, así como también, por cochadas o en procesos continuos; y
estos últimos, en corrientes paralelas o en contracorriente.
Inicialmente analizaremos las operaciones de extracción líquido - líquido en una

sola etapa.
Operaciones por cochadas
Para que dos líquidos inmiscibles se pongan en contacto íntimo con el fin de
extraer un componente de uno de ellos por medio del otro, es necesario forzar esa
unión. Para ello se puede disponer de un mezclador de paletas que consiste en un
recipiente cerrado, generalmente cilíndrico vertical, con un eje anclado a un motor,
el cual transmite movimiento centrífugo al agitador de paletas.
Figura 49 Mezclador
216
Los dos equipos pueden entrar al mezclador por el mismo orificio de entrada, o
también por orificios diferentes. El agitador se pone en movimiento durante varios
minutos hasta conseguir la mejor interacción entre las dos fases.
Luego, se debe suspender la agitación y después de un adecuado tiempo de

reposo, los dos líquidos se separan debido a su inmiscibilidad y densidades
diferentes. Mediante el uso de válvulas se pueden separar los líquidos.
La anterior descripción corresponde a lo más elemental de las operaciones por

cochadas. Un equipo típico utilizando estas operaciones se muestra en la Figura
49.
En muchas oportunidades se utiliza un mezclador y, por otra parte, un decantador,

constituyéndose los dos equipos en una etapa única de operación.
Utilizando un buen diseño del mezclador y permitiendo un adecuado tiempo de

agitación, se llega fácilmente al estado de equilibrio. Sin embargo, cuando no se
logra el estado de equilibrio, es usual encontrar el concepto de rendimiento de
etapa o rendimiento de la cochada, en el que se relaciona la transferencia
obtenida con la transferencia esperada. Si consideramos que la alimentación es L
y el solvente es V, tendremos:
Ecuación 87
Rendimiento de etapa, o de cochada, con base en L.
Ecuación 88
Rendimiento de etapa, o de cochada, con base en la fase V.
En donde:
XAo, YAo : Relaciones molares (o en peso) del componente A, al iniciar la cochada,

en las fases L y V respectivamente.
XA1, YA1: Relaciones molares (o en peso) del componente A, al finalizar la

operación, en las fases L y V respectivamente.
XAeq , YAeq : Relaciones molares (o en peso) en el equilibrio.

217
Nota: Los rendimientos así definidos se conocen con el nombre de Rendimientos

Murphree.
Los anteriores rendimientos pueden expresarse como fracción o como porcentaje
(multiplicando por 100).
Operaciones en estado estacionario.
Para conseguir una operación continua en estado estacionario es necesario

proveer al sistema de dispositivos que permitan un contacto íntimo entre las dos
fases líquidas.
Se han diseñado diversos equipos que consiguen el objetivo deseado de un buen

contacto entre fases. A continuación se describen los más importantes.
Torre de pulverizado o de rocío. La torre es un cilindro vertical de diámetro

angosto sin elementos de desviación de flujo en el interior de la torres (Ver figura
50).
Figura 50 Torre de pulverizado
El líquido pesado entra por la parte superior de la torre formando una fase
continua a través del equipo y sale por la parte inferior.
El líquido liviano entra por el fondo a través de un distribuidor que lo pulveriza en

pequeñas gotas las cuales comienzan a ascender a través de la fase continua del
líquido pesado. En la parte superior de la torre las fases se separan y el líquido
liviano sale por la parte superior.
Mediante diseños hidráulicos especiales es posible mantener al líquido liviano que

asciende en fase continua, mientras que el líquido pesado se pulveriza y baja en
pequeñas gotas.
218
Torres rellenas: Estos equipos son muy utilizados, tanto en operaciones de

contacto gas - líquido como en operaciones de extracción líquido - líquido.
Figura 51 Torre Rellena
La torre rellena, al igual que el equipo descrito anteriormente, es un cilindro

diámetro angosto, en cuyo interior se ha depositado un material de relleno cuya
finalidad es proporcionar una alta área de contacto interfásica. (Ver figura 2-17).
El líquido pesado entra por encima, mientras que el líquido liviano entra por
debajo.
El relleno suele estar constituido por infinidad de pequeños bloques de formas

regulares o irregulares, cuyo material de construcción puede ser de vidrio,
cerámica, plástico o algún otro material inerte.
Entre los rellenos más conocidos se encuentran: los anillos Lessing, Rashing y
Pall; la silla Intalox y las esferas de pequeño diámetro. (Ver figura 51).
Cuando se utilizan torres de pulverizado o torres rellenas es necesario efectuar un

buen diseño para evitar el fenómeno de la inundación que consiste en un exceso
de flujo o de velocidad de fluido que no permite la separación de las dos fases y
por lo tanto, se presentarán arrastres en ambos sentidos.
Como criterio de diseño de una torre, se recomienda que las velocidades reales de
los fluidos no superen el 65% de la velocidad de la inundación.
219
Figura 52 Materiales de relleno
Operaciones en múltiples etapas
El sistema más común de extracción líquido - líquido en múltiples etapas lo

constituye una batería de mezcladores - decantadores en la que cada pareja de
mezclador - decantador constituye una etapa del proceso.
La cascada de la figura 53 describe un proceso en contracorriente en el que la

alimentación entra al mezclador de la primera etapa y el solvente entra en la
última. El extracto final sale del decantador de la primera etapa, mientras que el
refinado sale de la última etapa.
Dependiendo de la efectividad del mezclador, se podrá acercar lo más posible al

estado de equilibrio
Figura 53 Cascada de extracción líquido-líquido
Para efectos de balance de materiales, puede considerarse que la entrada de las

corrientes en cada etapa, es un flujo paralelo.
220
Lixiviación
fuente:bp1.blogger.com/_KjsBAaFKf8E/RwV0i_LP_NI/AAAA...
Operaciones de lixiviación
La lixiviación es una operación sólido - líquido de extracción por solvente, en la

cual algunas sustancias presentes, en un sólido son retiradas o extraídas
mediante la acción de un solvente líquido que empapa al sólido y disuelve las
sustancias que van a ser extraídas.
Esta operación reviste características muy peculiares. Para que exista un buen
contacto entre las dos fases, es necesario que el sólido sea muy permeable, o
bien, que esté tan finamente dividido, que el área de contacto sea bastante alta.
Por eso es muy importante la preparación del sólido que va a ser lixiviado. Lo más
conveniente es buscar la reducción del tamaño de las partículas del sólido
mediante cortado, triturado, molienda u otro método cuya escogencia dependerá
de cada caso o circunstancia particular.
La lixiviación es una de las operaciones unitarias más antiguas utilizadas en la

industria. El ejemplo más común de lixiviación lo encontramos en la preparación
casera del café. Los granos de café una vez triturados y molidos se introducen en
un colador de tela al cual se le vierte agua caliente que extrae las sustancias
solubles. El tinto o extracto resultante se recoge en un recipiente previsto para tal
fin.
En la industria la lixiviación la encontramos en muchos procesos. Algunos

ejemplos son: la extracción de azúcar de remolacha con agua, la extracción de
aceites vegetales de semillas de algodón, ajonjolí, soya, maní y lino mediante el
uso de solventes orgánicos derivados del petróleo, la preparación industrial del
café, té y la extracción de algunos jugos.
Debido a la variedad de circunstancias que se presentan en los distintos casos de

lixiviación, así también los equipos que se utilizan en estas operaciones tienen los
más diversos diseños.
221
Lavado
Operaciones de lavado
El lavado es una operación de lixiviación cuyo objeto es librar de un componente

indeseable a un sólido, utilizando como solvente a un líquido que generalmente es
agua corriente.
Como podrá deducirse del objeto de esta operación, la solución lixiviante se

elimina y lo importante es recuperar el sólido lavado.
En muchas operaciones industriales se aprovecha que alguna parte de los

elementos que se van a eliminar por lavado están apenas adheridos al sólido y
estos son simplemente arrastrados por el agua que fluye superficialmente por el
sólido.
Tal es el caso de las verduras que se lavan antes de ser procesadas. La tierra,
mugre y otros elementos adheridos son retirados por la acción de arrastre del
agua.
Para propósitos de balance de materia, el efecto de retirar los elementos

indeseables por arrastres o disolución será considerado como un efecto único.
Al igual que en el caso de la lixiviación, el sólido después de cada etapa de

lavado, queda con un contenido de humedad y elementos indeseables asociados
al sólido.
En las operaciones de lavado se efectuarán, o en una única etapa, o en etapas

múltiples con corrientes cruzadas.
Los sistemas en contracorrientes no se justifican, ya que el agua que se debe

utilizar en cada etapa es un elemento bastante económico.
Al igual que la extracción, la lixiviación y el lavado pueden adelantarse en una o

más etapas y en procesos por lotes o continuos.
Deshidratación
fuente:www.adj.es/mediambient/imgs/deshidratacion.jpg
222
Muchos productos minerales, así como productos vegetales o animales, contienen

un alto porcentaje de agua, en el caso de los que se destinan para la alimentación,
este favorece la descomposición rápida. La eliminación del agua en los productos
permite la conservación por períodos más o menos prolongados.
La extracción del agua, en sustancias que la contienen como humedad, agua de

composición o de hidratación recibe el nombre de deshidratación.
Cuando se emplea calor en los productos tal cual, se tiene el secado, aún a
temperaturas ambientales
Se considera el secado como el primer método empleado por el hombre para

conservar sus alimentos; mediante sencillos sistemas, desde hace siglos se seca
la carne, el pescado, frutos y semillas, aprovechando la exposición al sol. Esta
operación causa modificaciones apreciables en el gusto, aroma y textura de los
productos, son transformaciones irreversibles y la rehidratación o humidificación
del alimento seco deja un producto diferente original, se han introducido nuevas
operaciones que atenúan este problema.
Conceptos básicos
Las principales razones para el secado de los materiales son:
a. Obtención de un producto con el grado de humedad que exige la

comercialización.
b. Evitar cambios físicos o químicos por un exceso de humedad.
c. Disminución en los costos de manejo, transporte, empaque y almacenamiento.
d. Adecuación del material para procesos ulteriores.
e. Eliminación de humedad adquirida en operaciones previas.
f. Recuperación de subproductos.
g. Obtención de productos que favorezcan al consumidor.
Las normas de comercialización establecen contenidos máximos de humedad

para los productos y en muchas ocasiones se hace necesario el secado para
lograr los valores prefijados como es el caso de los cereales que se admiten con
un máximo del 15% de humedad, cuando las condiciones climáticas dejan
productos del 18% o aún más de humedad.
Los productos deshidratados ocupan menor volumen y tienen menor peso que los
productos originales, consecuentemente los costos del manejo en general se ven
223
disminuidos favoreciendo tanto el productor como al comprador. Los huevos

deshidratados pesan la quinta parte y ocupan una sexta parte del volumen de los
naturales y se pueden conservar en condiciones ambientales sin necesidad de
refrigeración.
El manejo de materias primas implica tener cantidades adecuadas, así su

consumo diario sea relativamente bajo. El empleo de productos desecados
permite extraer partes del material sin que se afecte el resto o se modifiquen las
condiciones de almacenamiento, favoreciendo el manejo.
Buscando mantener al máximo las características originales o minimizar los
cambios irreversibles, se ha introducido un secado artificial con condiciones de
humedad, temperatura y presión controladas, lo que conlleva altos costos en la
operación por los elevados costos en la energía calorífica. Las anteriores
circunstancias han llevado a introducir operaciones previas al secado como
tamizado, prensado, centrifugación, ósmosis, evaporación, etc., que son de todas
formas mucho más económicas. Son las características del producto lo que
permite seleccionar las operaciones previas, o en un caso dado no aceptarlas.
Cuando un sólido húmedo es secado, tienen lugar dos operaciones básicas,

transferencia de calor y transferencia de masa. La primera es necesaria para
evaporar el líquido que se extrae y consecuencialmente variar la temperatura del
sólido, la segunda permite la transferencia como líquido o vapor de la humedad, a
través del sólido y transferencia de vapor de la superficie del sólido al ambiente.
Las condiciones y tasas de secado dependen fundamentalmente de los factores

que intervienen en los procesos de transferencia de calor; los mecanismos de
convección, conducción y radiación individuales o en combinación son empleados
en las operaciones comerciales; la mayoría de los aparatos de secado se
diferencian por los mecanismos de transferencia de calor. Sin embargo,
independientemente del mecanismo de transferencia, el flujo de calor lleva un
sentido inverso al flujo de masa, es decir, el calor fluye de la superficie del sólido al
interior del mismo, en tanto que la humedad se transfiere inicialmente en la
superficie y luego del interior del cuerpo hacia su superficie.
En los últimos años se ha desarrollado un mecanismo de secado que emplea
microondas y en el cual efectos dieléctricos producidos por corrientes de alta
frecuencia generan calor en el interior del sólido, causando allí temperaturas más
altas respecto a la superficie del cuerpo; la transferencia ocurre del interior al
exterior como ocurre la transferencia de la masa. Esta transferencia de la masa
crea un gradiente de concentración originando movimientos del fluido dentro del
sólido.
Los movimientos del fluido dentro del sólido, constituyen el mecanismo interno que
incide sobre la tasa o velocidad de secado; el mecanismo externo obedece a los
efectos producidos por las condiciones ambientales como temperaturas, humedad,
velocidad y dirección del aire, la conformación y estado de subdivisión del sólido a
secar.
224
Dado que en la mayoría de las operaciones de secado, interviene el aire como

elemento receptor de la humedad extraída del sólido, se hace necesario conocer
tanto las relaciones aire-sólido, como las propiedades termodinámicas del aire y
que tienen que ver con las transferencias de masa y de calor.
Isoterma de sorción
El contenido de humedad de un producto depende no sólo de su origen, sino de

las condiciones ambientales, es decir del aire que lo rodea. Existe, por lo tanto,
una relación muy estrecha entre la humedad del producto y el medio circundante.
La relación más importante en el secado es la que corresponde a la relación sólido

- gas húmedo (producto- aire ambiente) , en lo referente a los contenidos de
humedad de cada uno de ellos. y puede ser representada en cada caso como se
observa en la figura 54. Esta curva indica condiciones de equilibrio del sistema
sólido - húmedo a aire húmedo y es específica para temperatura y presión; recibe
el nombre de isoterma de sorción.
Figura 54 Isoterma de Sorción
En la gráfica, los contenidos de humedad se expresan como fracciones ya sea

molares o porcentuales (Xi). Se ha generalizado el empleo de relaciones entre la
humedad relativa del aire o gas y el contenido de humedad del sólido, en
kilogramos de agua por kilogramo de sólido en base seca (ϕ).
En las operaciones de secado se tienen como fases, primera un medio gaseoso,

usualmente el aire y segunda el líquido a retirar, normalmente es agua que pasa a
la fase gaseosa; denominándose vapor al agua en esta fase gaseosa, para
diferenciarla del gas, aire. Es importante en estas operaciones, tener muy claros
los conceptos relativos a mezclas vapor - gas, cuando se tiene el sistema aire -
agua.
225
Para los cálculos en operaciones en que intervienen las fases vapor-líquido-gas,

se toma como base la unidad de masa del gas, completamente seco; en nuestro
caso aire seco.
Recordando que la composición de una mezcla gaseosa es función de las

presiones parciales de cada componente, debe tenerse siempre presente la
presión total del sistema, que generalmente es la atmosférica. Algunas
operaciones de secado en la industria se llevan a cabo a presiones inferiores a la
atmosférica y aún al vacío.
De todas formas, las leyes de los gases ideales se aplican a las mezclas aire-
vapor de agua.
Propiedades del producto y del aire relacionadas con la humedad.
Puesto que en la mayoría de las operaciones de secado se tiene una transferencia

de masa del sólido húmedo al aire se hace necesario conocer las propiedades
pertinentes, es decir de orden termodinámico, tanto del sólido como del aire,
antes, durante y después de la operación de secado. Estas propiedades son:
Humedad - Es el contenido, en fracción de peso, de agua de una sustancia y

generalmente se expresa como porcentaje. El contenido de agua de una sustancia
seca varía; en algunos casos no tiene agua y se denomina totalmente seca, pero
lo común es que tenga algo de agua; en los alimentos secos el porcentaje de agua
varía del 5 al 15%, en tanto que en productos de origen agropecuario, los
porcentajes llegan al 70 - 90%
El secar un producto conlleva eliminación de una buena parte de agua, pero no la

extracción total de ella. La humedad puede llevarse a valores tal que permitan la
estabilidad tanto de los ordenes físico-químico como biológico
Para el aire, su contenido de humedad, se expresa de diferentes formas.
Humedad absoluta (H) - Es la cantidad en kilogramos de vapor de agua contenida

en un kilogramo de aire seco. Llamando al agua “a” y “b” al aire, en una mezcla
vapor-agua-aire las presiones de vapor son pa y pb y para presión atmosférica, pa
= 1 - pb. Entonces la humedad absoluta se expresa por la ecuación:
Ecuación 87
Siendo Ma y Mb los pesos moleculares del agua y el aire respectivamente.
226
Humedad de saturación (Hs). Es la humedad del gas saturado que está en

equilibrio con el líquido a la temperatura del gas. Recordando que para un gas
saturado la presión parcial del vapor es igual a la presión a la temperatura del gas
o sea pa = pa, siendo pa la presión del vapor del líquido, así:
Ecuación 88
Humedad porcentual (Hp). .Es la relación porcentual entre la humedad absoluta y

la de saturación, a la temperatura del aire.
Ecuación 89
Humedad relativa (Hr). Es la relación porcentual entre presión parcial de vapor pa

y la presión de vapor del agua pa, a la temperatura dada.
Ecuación 90
Las humedades porcentual y relativa se correlacionan por la ecuación;
Ecuación 91
Punto de roció o temperatura de saturación: Es la temperatura a la cual una

mezcla dada de agua y aire está saturada; también puede definirse como la
temperatura a la cual el agua ejerce una presión de vapor igual a la presión parcial
del vapor en una mezcla dada.
El punto de rocío de un gas saturado es la misma temperatura a la cual está el

gas.
Calor húmedo (Cs): Es el calor específico de la mezcla vapor-agua-aire, o es la
227
cantidad de calor necesaria para incrementar en un grado la temperatura de una

unidad de gas húmedo. Puede expresarse;
92
93
A condiciones normales, tomando como 0,24 el calor específico del aire seco y
como 0,45 el calor específico del vapor de agua:
Ecuación 94
con unidades kcal/ kg oC ó BTU/ lb oF
Volumen húmedo (Vh). Es el volumen en metros cúbicos de un kilo de aire seco

más el vapor de agua a una atmósfera y a la temperatura del aire.
Ecuación 95
Siendo T la temperatura del aire en grados Kelvin.

Cuando el aire está saturado, es decir, su humedad absoluta es la de saturación,
el volumen húmedo se denomina saturado.
Humedad de equilibrio (He). Es el contenido de humedad del sólido que está en

equilibrio con al humedad relativa del aire circundante al sólido. Esta humedad se
determina empíricamente y se representa por gráficas similares a la representada
en la figura 5-2. el manejo de estas curvas puede explicarse con el siguiente
ejemplo:
228
Ejemplo 29
Margarina que contiene 25% de humedad, se seca con aire del 20% de humedad
relativa. Determinar el % de humedad con que sale la margarina. Emplear la
figura.
Solución: Al emplear aire del 20% de humedad relativa, la humedad de equilibrio

de la margarina es de 7 Kgrs. de agua por 100 Kgrs. de margarina seca, luego el
porcentaje de humedad es.
% H = 7 x 100 / 107= 6,56%
Humedad libre (Hl). Es el contenido de humedad o agua que existe entre la

humedad total o contenido total de agua en el sólido, y su contenida de agua en el
equilibrio. Para el ejemplo anterior la humedad libre es de 18,44% (25,00 -6,56%)
y es la que puede retirarse, como máximo empleando aire del 20% de humedad
relativa:
Ecuación 95
Lección 27. Diseño de equipos y medición de transferencia de masa
Elección entre los métodos de separación

Se deben analizar todas las operaciones que permiten realizar la separación
deseada, el método elegido se basa fundamentalmente en el costo y la sencillez
de la operación.
Operaciones en estado no estacionario

Operaciones en estado estacionario
Operaciones por etapas
Operaciones en contacto continuo
229
Fundamentos del diseño

Número de etapas
Tiempo requerido para llevar a cabo la operación
Flujo de las fases a contactar
Energía requerida para completar la operación
El diseño de los equipos para las operaciones de transferencia de masa se realiza

teniendo en cuenta la rapidez con que se realiza la separación y las cantidades de
las fases en contacto; La rapidez de transferencia determina la altura de una torre
mientras que los caudales determinan el diámetro de la misma.
Si bien los coeficientes de transferencia de materia son muy importantes para

determinar el tamaño del equipo, las separaciones dependen casi completamente
de las diferencias de concentración que existen en las fases en el equilibrio.
El movimiento de una sustancia en una mezcla se debe a la difusión molecular;

Este proceso se puede describir muy aproximadamente para la fase gaseosa por
la teoría cinética de los gases.
Según esta teoría las moléculas viajan en línea recta con velocidad uniforme hasta
que chocan con otra molécula, en ese momento cambian de velocidad tanto en
magnitud como en dirección. La distancia promedio que viajan las moléculas entre
cada choque es su trayectoria libre promedio.
Su velocidad promedio depende de su temperatura; La distancia neta que la

molécula avanza en una dirección particular (rapidez de difusión), es solo una
fracción pequeña de la longitud de trayectoria recorrida.
Teniendo en cuenta estos conceptos se puede predecir que la difusión aumentará

con el aumento de la temperatura y con la disminución de la presión; El proceso
de difusión conduce a la uniformidad de las fases y solo se detiene cuando toda
diferencia en composición ha desaparecido2
FACTORES PARA LA SELECCION DE UN MEDIDOR DE FLUIDOS:
1.- Intervalo de medición
2.- Exactitud requerida.
3.- Perdida de presión.
4.- Tipo de fluido.
2
Http://www.ing.unlp.edu.ar/dquimica/paginas/catedras/iofq813/archivos/CL00_A00_BM_OperacionesTra
nsferenciaMateria_V0.pdf
230
5.- Tipo de medición.
6.- calibración.
7.- Medio ambiente.
8.- Lugar de ubicación.
TIPOS DE MEDIDORES DE FLUJO:
MEDIDORES DE CABEZA VARIABLE
*Tubo de venturi
*Placa de Orificio
MEDIDORES DE ÁREA VARIABLE
*Rotámetro
*Fluxómetro de turbina
*Fluxómetro de vórtice
*Fluxómetro electromagnético
*Fluxómetro de Ultrasonido
*Fluxómetro de velocidad
-Tubo de Pitot
-Anemómetro de Copas
-Anemómetro de Alambre Caliente
MEDIDORES DE FLUJO MASICO:
El medidor de masa inferencial que mide por lo común el flujo volumétrico del
fluido y su densidad por separado.
Medidor de masa “verdadero”, que registra directamente el flujo en unidad de
masa.
Algunos medidores de flujo másico son:
El medidor de efecto Magnus.
El medidor de momento transversal para flujo axial
El medidor de gasto de masa de momento transversal para flujo radial.
El medidor de gasto de masa de momento transversal.
El medidor térmico de gasto de masa giroscópico.
231
Lección 28. Aplicación de las operaciones de transferencia de masa en

procesos industriales.
fuente:i16.tinypic.com/5xoosqq.jpg
La aplicación de las operaciones de transferencia de masa se pueden observar

en:
- la obtención de acido cítrico
- La producción de acido sulfúrico.
- La producción de acido acético.
Obtención de Acido Cítrico
fuente:www.atlantic-copper.es/2006/imagenes/acido01.jpg
Generalidades
A partir del jugo de limón, Scheele logró aislar por primera vez en 1784 el ácido
cítrico usando el proceso de cal-sulfúrico para separar el micelio del caldo que
contiene ácido cítrico en el proceso fermentativo.
232
En 1860 comenzó a obtenerse el ácido cítrico de las frutas mediante el uso de

sales de calcio. Este proceso tenía un rendimiento muy bajo. Eran necesarias de
30 a 40 toneladas de limones para obtener una tonelada de ácido cítrico. Tres
décadas después se observó que algunos hongos producen ácido cítrico cuando
crecen en un medio azucarado.
En 1880 la compañía Pfizer fundada por los hermano alemanes Charles Pfizer,
Charles Erhart, comenzaron a fabricar ácido cítrico, utilizado por varias industrias,
de ese tiempo, volviéndose de esta forma en su producto mas importante.
En 1893 fue producido sintéticamente por Wehmer a partir de la fermentación de

la glicerina, antes de que se desarrollaran los procesos microbianos la principal
fuente de ácido cítrico eran los cítricos provenientes de Italia (limones con un
contenido entre 6 y 7 %) y el citrato de lima. En 1917 debido a la imposibilidad de
comprar limones italianos y citrato de lima, comienzan a experimentar otros
métodos para obtenerlo.
Desde 1920 en adelante fueron desarrollados con éxito procesos de fermentación,

en donde se utiliza generalmente cepas del hongo Aspergillus Níger, aunque
también han sido empleadas ciertas cepas de levaduras. En 1923, los hermanos
Pfizer logran obtener ácido cítrico a partir de Aspergillus Níger y la fermentación
del azúcar. Como sustrato se utilizó melazas de remolacha y se está
diversificando en sustratos como sacarosa, melazas de caña o jarabe de glucosa.
Los primeros estudios que se hicieron para la producción de ácido cítrico por
fermentación demostraron que es un proceso extremadamente complejo. En 1925
Italia rompe el monopolio que ejercía sobre la materia prima y Pfizer logra
expandirse.
En 1950, la producción de ácido cítrico alcanzaba las 50.000 toneladas/año.

Posteriormente, se registró una importante expansión debido al desarrollo del
proceso de fermentación sumergida, mucho más económico. En la década del 80
Pfizer descontinúa este producto con el cual han sido lideres del mercado mundial
por mas de 70 años y que marco definitivamente el futuro de la empresa.(19)
El ácido cítrico, es un sólido translucido o blanco, en forma granular; es inodoro,

sabor ácido fuerte, fluorescente al aire seco; Cristaliza a partir de soluciones
acuosas concentradas calientes en forma de grandes prismas rómbicos, con una
molécula de agua, la cual pierde cuando se caliente a 100oC, fundiéndose al
mismo tiempo.
El ácido cítrico tiene un fuerte sabor ácido no desagradable. Este ácido se obtiene
por un proceso de fermentación. El ácido cítrico se obtenía originalmente por
extracción física del ácido del zumo de limón. Hoy en día la producción comercial
233
de ácido cítrico se realiza sobre todo por procesos de fermentación que utilizan
dextrosa o melaza de caña de azúcar como materia prima y Aspergillus niger
como organismo de fermentación. La fermentación puede llevarse a cabo en
tanques profundos (fermentación sumergida, que es el método más común) o en
tanques no profundos (fermentación de superficie). La fermentación produce ácido
cítrico líquido que luego se purifica, concentra y cristaliza.
GRADO TÉCNICO PRODUCIDO: Ácido Cítrico Anhidro USP (United States

Pharmacopeia)
Tabla 19 Ácido cítrico anhidro propiedades físicas
• Melaza o jarabe de Caña de Azúcar
Líquido viscoso de color castaño oscuro que se obtiene como producto secundario
en la fabricación del azúcar de caña. Las melazas son la parte no cristalizable del
azúcar. Formada por un 67% de sacarosa, junto con algo de glucosa y fructosa;
las melazas se utilizan también para fabricar alcohol industrial, ácido acético, ácido
cítrico, levaduras y en general para cualquier proceso donde se requiera de un
medio de cultivo que sirva como fuente de nutrientes para facilitar la germinación,
crecimiento y reproducción de los microorganismos productores de determinado
metabolito en este caso del ácido cítrico. La melaza negra es el producto de
melazas refinadas de azúcar de remolacha o caña.
234
• Ácido sulfúrico
El ácido sulfúrico es un ácido fuerte, es decir, en disolución acuosa se disocia

fácilmente en iones hidrógeno (H+) e iones sulfato (SO42-). Cada molécula
produce dos iones H+, o sea que el ácido sulfúrico es dibásico. Sus disoluciones
diluidas muestran todas las características de los ácidos: tienen sabor amargo,
conducen la electricidad, neutralizan los álcalis y corroen los metales activos
desprendiéndose gas hidrógeno. A partir del ácido sulfúrico se pueden preparar
sales que contienen el grupo sulfato SO4, y sales ácidas que contienen el grupo
hidrogenosulfato, HSO4.
• Cal viva, Oxido de Calcio, (CaO)
Sustancia sólida cáustica, blanca cuando es pura, que se obtiene calcinando

caliza y otras formas de carbonato de calcio. La cal pura, llamada también cal viva
o cal cáustica, está compuesta por óxido de calcio (CaO), aunque normalmente
los preparados comerciales contienen impurezas, como óxidos de aluminio, hierro,
silicio y magnesio. Al tratarla con agua se desprenden grandes cantidades de calor
y se forma el hidróxido de calcio, que se vende comercialmente como un polvo
blanco denominado cal apagada o cal muerta. La cal se utiliza para preparar
cemento y argamasa, y para neutralizar los suelos ácidos en agricultura. También
se emplea para fabricar papel y vidrio, para lavar la ropa blanca, para curtir las
pieles o el cuero, en el refinado de azúcar y para ablandar el agua.
• Resinas de Intercambio Iónico.
Los principios del intercambio iónico han sido utilizados en métodos de

purificación, análisis químico, tratamiento de agua y otras aplicaciones, a escala
industrial y de laboratorio, lo que unido al amplio surtido y diversidad de resinas
disponibles, permite ofrecer soluciones a muchos problemas científico-técnicos del
campo farmacéutico y sanitario.
Son insolubles en agua, muy útiles gracias a su naturaleza polimérica, es decir

que contienen grupos ionizados (aniones o cationes), en forma repetitiva a lo largo
de la cadena que las conforman. Estos grupos tienen su carga neutralizada por
iones de signo contrario (contraiones), que pueden ser intercambiados de manera
estequiométrica por otros iones de igual signo al ponerse en contacto con una
solución de electrólitos. Las resinas intercambiadoras de cationes se denominan
catiónicas y las de aniones, aniónicas.
• Amoniaco, NH3
Gas de olor picante, incoloro, de fórmula NH3, muy soluble en agua. Una
disolución acuosa saturada contiene un 45% en peso de amoníaco a 0 °C, y un
30% a temperatura ambiente. Disuelto en agua, el amoníaco se convierte en
hidróxido de amonio, NH4OH, de marcado carácter básico y similar en su
235
comportamiento químico a los hidróxidos de los metales alcalinos. En la

fermentación de la glucosa con Aspergillus Níger, el amoniaco representa una
importante fuente de nitrógeno, útil para que se lleve a cabo la germinación y
crecimiento del hongo.
Diagrama de flujo
La preparación del ácido cítrico consiste, en términos generales, en una

fermentación aeróbica del azúcar, utilizando un cultivo de Aspergillus Níger que es
un hongo que produce como metabolito primario ácido cítrico, por eso en este
proceso se usa como agente fermentador. Luego la posterior purificación,
mediante el proceso cal-sulfúrico y la recuperación final del producto.
236
• Preparación del sustrato (melaza)
El objetivo de esta primera etapa del proceso es la purificación del jarabe. Se inicia
mezclando el jarabe con agua para diluirlo; una vez diluido se pasa por un filtro de
vacío para eliminar los sólidos suspendidos y las impurezas de la melaza. Luego
el jarabe es pasado por una celda de intercambio iónico para retirar los iones del
flujo. Después el jarabe es sometido a un proceso de pasteurización que consiste
en elevar la temperatura a 1050C durante tres minutos y bajarla nuevamente
hasta 370C. La pasteurización se lleva a cabo primero en un calentador de
evaporación instantánea, después se utiliza un circuito de acumulación y un
enfriador de jarabe.
• Fermentación
Una vez pasteurizado, es bombeado al fermentador el cual es un recipiente rígido,

en donde se lleva a cabo la transformación de la sacarosa en ácido cítrico por
medio del Aspergillus Níger. El Aspergillus Níger es inoculado en este
fermentador. Se hace el ajuste del pH y se añaden nutrientes (amoniaco NH3,
sales de fermentación). El aire estéril se burbujea dentro del fermentador. Luego
de la fermentación, el flujo es pasado por un filtro rotatorio al vacío para separar el
micelio. La masa conformada por el micelio y el microorganismo muerto se
denomina biomasa o torta y constituye un subproducto o un efluente del proceso.
• Purificación del ácido cítrico
El ácido cítrico debe ser separado del micelio, el microorganismo muerto, el

azúcar residual, las proteínas producidas por la fermentación y otras impurezas
solubles. Para lo cual se lleva a cabo el proceso denominado cal-sulfúrico: se basa
en tratar el licor madre con una lechada de la cal (Ca(OH)2 cal apagada)de lo cual
se forma citrato de calcio. Este citrato resultante es lavado y el micelio es filtrado.
Posteriormente se añade ácido sulfúrico para descomponer el citrato de calcio.
Por lo tanto en esta etapa se forma sulfato de calcio el cual es retirado de la
solución por medio de un filtro rotatorio al vacío y se constituye en un subproducto
del proceso.
• Celdas primarias de carbón activado
En estas celdas son removidas las impurezas solubles que producen color a la
solución de Ácido Cítrico y en general sustancias orgánicas contenidas en el licor.
Debido que a lo largo del proceso se añaden sustancias que aumentan la cantidad
de iones contenidos en la solución de acido Cítrico, antes de cristalizarlo hay que
retirar estos iones (Ca++ y SO4=) para estos se usan celdas de resinas de
intercambio iónico.
La corriente alimenta los evaporadores de doble o de triple efecto donde se busca

retirar la mayor cantidad de agua para pasar al cristalizador.
237
• Cristalización
En este proceso se separan los cristales formados del líquido saturado que se
denomina licor madre. Este licor se recircula a la etapa de intercambio iónico
(celdas de carbón) o al tanque de tratamiento por cal. Los cristales de ácido cítrico
húmedos se redisuelven y se recristalizan al vacío. Luego pasan a la centrifuga en
donde es eliminado el licor madre de los cristales formados.
• Secado
Se puede realizar en un equipo de lecho fluidizado, que permite retirar humedad

hasta cumplir con las especificaciones.
• Clasificación
Estos cristales son alimentados a un clasificador con 4 mallas en el interior. Aquí

se separan en tres presentaciones (cristal, granular y granular fino). Es rechazado
cualquier material fuera de los tamaños estándares, es decir, los terrones y el
polvillo.
• Empaque
Los tamaños anteriormente clasificados son empacados en bolsa interior de

polietileno de y exterior de polipropileno.
• Industria de Refrescos y Bebidas
El ácido cítrico ha llegado a ser el acidulante preferido por la industria de las

bebidas, debido a que es el único que otorga a las bebidas gaseosas, en polvo o
liquidas, propiedades refrescantes, de sabor y acidez naturales. El ácido cítrico y
sus sales de sodio y potasio, actúan como preservativos en las bebidas y jarabes,
contribuyendo al logro del gusto deseado mediante la modificación de los sabores
dulces. Se aprovecha también su capacidad para remover metales extraños que
causan turbiedad, deterioran el color, el sabor y la vitamina C. El ácido cítrico
supone casi las tres cuartas partes del consumo acidulante total en la Comunidad.
• Industria de frutas y vegetales
En esta industria también encuentran aplicación el ácido cítrico y sus sales de

sodio y potasio como mejoradores del sabor y preservativos, contribuyendo a
asegurar el sabor original, la apariencia natural y la consistencia normal de los
productos.
238
• Otras Industrias de alimentos
Se encuentra un amplio y seguro uso del ácido cítrico y sus sales en industrias
tales como las de caramelos, postres, jaleas, dulces, compotas, conservas de
carnes, salsas para ensaladas, productos derivados del huevo y pescados.
También se usa para mejorar el sabor del helado, relleno de tortas y cremas de
fruta. También tiene ciertas aplicaciones en los sectores de la carne y el pan
(tratamiento de harina y aditivo en la cocción).
• Sector de Cosméticos y productos de tocador
En general, el ácido cítrico y sus sales, se usan como constituyentes de

formulaciones, contribuyendo a mejorar la vida, la eficiencia y la apariencia del
producto final. Fácilmente se observa su uso en productos para el cuidado del
cabello, perfumes, cremas, lociones desodorantes, quita-esmaltes y jabones.
• Sector farmacéutico
Cuando el ácido cítrico se combina con bicarbonato de sodio y otras sales, al

agregarse agua se produce una bebida salina gaseosa, efervescente y
refrescante. Esta combinación es especialmente efectiva en productos donde se
desea una disolución rápida, buena apariencia visual y sabores singulares. Uno de
los principales usos del ácido cítrico es en la producción de Alka Seltzer.
El ácido cítrico provee además en las drogas la necesaria estabilización de los

ingredientes activos por su acción antimicrobial y antioxidante. En muchas
oportunidades se usan mezclas del ácido cítrico y sus sales de sodio y potasio
para estos fines.
En el sector farmacéutico también tiene demanda el citrato de sodio, además de

usarse en jarabes, es anticoagulante especial para bancos de sangre.
• Sector agroindustrial
En el tratamiento de terrenos se usan el ácido cítrico y el sulfato de calcio. El ácido

cítrico para mejorar la asimilación de los micronutrientes por parte de las plantas y
el sulfato para el control de la alcalinidad de los suelos. Se conoce también el uso
del ácido cítrico como dispersante en la aplicación de pesticidas y herbicidas.
• Sector industrial
El ácido cítrico y sus sales están diversificando su aplicación, sustituyendo

materias primas importadas, y es así como hoy en día ve su uso en renglones
industriales tan importantes como la industria de detergentes biodegradables. Las
ventajas principales de los citratos en las formulaciones de detergentes son su
239
biodegradabilidad y la facilidad de tratamiento, particularmente en formulaciones

que contienen zeolita.
Para contener los costos las grandes empresas de detergentes generalmente

compran ácido cítrico y lo convierten en el citrato requerido. La industria textil en el
área de teñido, la industria de cueros y marroquinería, la industria del papel.
Algunos ejemplos específicos de utilización de ácido cítrico en el sector industrial:
Acabado de metales, separación de herrumbre y desincrustación, remoción por

electrolisis, galvanización de cobre; textiles; curtiembre; compuestos lavadores
botellas; evaporadores de agua salada, imprenta; bloques de construcción;
intercambio de iones; separación de bióxido sulfuroso del gas de chimenea.
El micelio es utilizado como fuente de proteína en la producción de concentrados

para animales. Las resinas de intercambio son regeneradas con ayuda de ácidos y
puestas a funcionar de nuevo en el proceso, las aguas ácidas son neutralizadas
con soluciones concentradas de hidróxido de sodio o también el agregado de
carbonato de calcio en concentraciones apropiadas resultan rápidos aunque
costosos procesos de neutralización. Pequeños volúmenes del agente son
requeridos, ya que estos neutralizantes son mucho más poderosos que la caliza y
la cal. Otra ventaja es que los productos de la reacción son solubles y no
aumentan las durezas a las aguas que se reciben. La soda cáustica es mezclada
normalmente en la parte de succión de la bomba de descarga de los efluentes.
Este método es apropiado para pequeños volúmenes, pero para neutralizar
grandes volúmenes de desecho acuoso, se necesitan especiales equipos, de
grandes dimensiones, como un depósito para el almacenamiento del neutralizante
con una bomba de diversas velocidades para la directa adición del álcali a la
corriente del desecho.
240
Obtención de Acido Sulfúrico
fuente:www.atlantic-copper.es/2006/imagenes/acido01.jpg
Generalidades
El ácido sulfúrico es uno de los químicos industriales más importantes. Es de gran

significado, la observación que frecuentemente se hace, es que el per cápita
usado de ácido sulfúrico es un índice del desarrollo técnico de una nación.
El ácido sulfúrico fue producido por primera vez aproximadamente en el año 1,000
de la era cristiana. Por 18 siglos, el ácido sulfúrico fue preparado por el quemado
de salitre con azufre. En el siglo XVIII y XIX, este fue esencialmente producido por
una cámara procesadora en la cual el óxido de nitrógeno era usado como un
catalizador homogéneo para la oxidación del óxido de azufre. El producto hecho
por este proceso era de baja concentración, no era lo suficientemente alto para los
muchos usos comerciales.
Durante la primera mitad del siglo XIX, la cámara procesadora fue gradualmente
reemplazada por el proceso de contacto, y ahora el método anterior es
considerado obsoleto. En 1915, un efectivo catalizador de vanadio fue
desarrollado para el proceso de contacto. Este tipo de catalizador fue empleado en
los Estados Unidos. El catalizador de vanadio tiene la ventaja de una resistencia
superior a la intoxicación y de ser relativamente abundante y barata comparado
con el platino.
Después de la segunda guerra mundial, el tamaño típico de las plantas que

realizaban el proceso de contacto se incrementó drásticamente alrededor del
mundo suministrando un rápido incremento de la demanda de la industria de
fertilizantes de fosfatos.
En el año de 1963, se desarrolla el primer proceso de doble absorción en gran

escala. En este proceso, el gas SO2 que ha sido parcialmente convertido en SO3
por medio del catalizador es refrigerado, pasa a través del ácido sulfúrico para
remover SO3 recalentado, y luego es pasado a través de una o dos cámaras
catalizadores. Por este método, la conversión total puede ser incrementada desde
el 98% al 99.5-99.8%, por consiguiente reduciendo la emisión del SO2 convertido
a la atmósfera.
241
El proceso de contacto ha sido mejorado en todo detalle y es ahora una de las

industrias de bajo costo, con un proceso automático continuo. Todas las nuevas
plantas de ácido sulfúrico usan el proceso de contacto. Las pocas plantas de
pequeña capacidad emplean la cámara de procesamiento que representan el 5%
de las plantas de ácido sulfúrico.
El ácido sulfúrico al 100 por ciento es un líquido incoloro, inodoro, denso y viscoso.
Esto se refiere al monohidrato, el cual puede ser considerado con una
composición equimolecular de agua y trióxido de azufre. Este pierde trióxido de
azufre en el calentamiento hasta que, aproximadamente a los 338° C, resulta un
ácido de 98.3 por ciento.
Fórmula: H2SO4
Peso molecular: 98.08
Gravedad específica: 1.834 18 °C /4
Punto de Fusión: 10.49 °C
Punto de Ebullición: se descompone a 340 °C
Es soluble en todas las proporciones en agua, produciendo una gran cantidad de

calor. Una libra de ácido sulfúrico al 100 por ciento diluido a 90 por ciento libera 80
Btu y diluido a 20 por ciento libera 300 Btu.
• Es muy fuerte y corrosivo para la vida de los materiales estructurales.
• Posee un punto de ebullición alto y se puede emplear para producir ácidos

volátiles como HCl y HCN.
• Es un agente oxidante suave. No se puede usar para preparar HBr o HI.
• Concentrado y en caliente disuelve al Cu.
• Es deshidratante.
El ácido sulfúrico es capaz de disolver grandes cantidades de trióxido de azufre,

produciendo varios grados de oleum. Cuando estas soluciones (ácido sulfúrico-
óxido sulfúrico) es mezclado con agua, el oxido se combina con agua, formando
más ácido sulfúrico.
242
Grados. Los dos últimos grados son incoloros y prácticamente libres de impurezas
metálicas y otras. La siguiente tabla muestra varios grados que son
comercializados para satisfacer los requerimientos de las industrias.
Contenedores y Regulaciones.
Camiones tanques, barriles, tanques, botellas. El ácido sulfúrico es intensamente

corrosivo y ataca prácticamente todos los metales, las construcciones que lo
contengan deben ser cuidadosamente elegidas. El vidrio es utilizado para todas
las concentraciones. Metales semejantes como hierro y acero pueden ser usados
para altas concentraciones de ácido (más de 65 Be).
Azufre:
Debe presentar una pureza del 99.5% y en una proporción de 3,300 Kg. por
tonelada métrica de ácido sulfúrico (98%) producida.
243
Todas las formas de azufre son insolubles en agua, y las formas cristalinas son
solubles en disulfuro de carbono. Cuando el azufre ordinario se funde, forma un
líquido de color pajizo que se oscurece si se calienta más, alcanzando finalmente
su punto de ebullición. Si el azufre fundido se enfría lentamente, sus propiedades
físicas varían en función de la temperatura, la presión y el método de enfriamiento.
El azufre puede presentarse en varias formas alotrópicas, que incluyen los líquidos
Sλ y Sμ, y diversas variedades sólidas, cuyas formas más familiares son el azufre
rómbico y el azufre monoclínico (véase Alotropía; Cristal). La más estable es el
azufre rómbico, un sólido cristalino de color amarillo con una densidad de 2,06
g/cm3 a 20 °C. Es ligeramente soluble en alcohol y éter, moderadamente soluble
en aceites y muy soluble en disulfuro de carbono. A temperaturas entre 94,5 °C y
120 °C esta forma rómbica se transforma en azufre monoclínico, que presenta una
estructura alargada, transparente, en forma de agujas con una densidad de 1,96
g/cm3 a 20 °C. La temperatura a la que el azufre rómbico y el monoclínico se
encuentran en equilibrio, 94,5 °C, se conoce como temperatura de transición.
Cuando el azufre rómbico ordinario se funde a 115,21 °C, forma el líquido amarillo
pálido Sλ, que se vuelve oscuro y viscoso a 160 °C, formando Sμ. Si se calienta el
azufre hasta casi alcanzar su punto de ebullición de 444,6 °C y después se vierte
rápidamente en agua fría, no le da tiempo a cristalizar en el estado rómbico o
monoclínico, sino que forma una sustancia transparente, pegajosa y elástica
conocida como azufre amorfo o plástico, compuesta en su mayor parte por Sμ
sobreenfriado. El dióxido de azufre se libera a la atmósfera en la combustión de
combustibles fósiles, como el petróleo y el carbón, siendo uno de los
contaminantes más problemáticos del aire. La concentración de dióxido de azufre
en el aire puede alcanzar desde 0,01 a varias partes por millón, y puede afectar al
deterioro de edificios y monumentos. También es la causa de la lluvia ácida, así
como de molestias y problemas para la salud del ser humano. Véase
Contaminación atmosférica.
Agua
Debe manejarse agua potable (depende de la calidad de producto requerido), en

una cantidad de 186-190 Kg. por tonelada métrica de ácido sulfúrico (98%)
producido.
244
Diagrama de flujo
La planta de ácido sulfúrico descrita es diseñada para producir ácido sulfúrico del
98% de pureza, a partir de azufre de 99.5% de pureza, el procedimiento se
describe a continuación:
• El azufre es enviado dentro de una tolva medidora de azufre, luego será fundido
por una bobina de vapor, el índice de fusión será acelerado por medio de un
agitador.
• El azufre fundido es derramado en los compartimentos de almacenaje de azufre.

Dos equipos tipo bombas, serán instalados en el compartimento de almacenaje de
azufre del medidor de azufre, uno será operado y el otro será parado.
245
• La bomba entregará azufre derretido a través de una línea elevadora de vapor al

azufre quemado. Una presión de vapor de 5 Kg/cm2 será usada para calentar la
línea elevadora.
• El azufre será rociado en la parte superior de la cámara de combustión de azufre.

El aire para la combustión será proporcionado por una tolva conducida por un
motor eléctrico. El aire de la tolva pasará a través de una torre de secado para
precalentar el aire y sobre el azufre quemado para proporcionar el oxígeno
necesario para producir el gas SO2.
• El gas caliente deja al azufre quemado pasar directamente a la tolva de

desechos calientes, donde este será enfriado por una temperatura intercambiada
con agua de cocción de alta presión para producir vapor saturado. Una porción
posterior de vapor será utilizada en la alimentación del calentador de agua. El
resto del vapor será enviado a la planta de ácido con una presión límite de 17
Kg/cm2. La temperatura del gas SO2 entregada a la caldera será controlada por
medio de una válvula de ajuste de gas. El gas refrigerado será pasado a través de
un filtro de gas caliente para generar la oxidación exotérmica de SO2 a SO3 en
presencia del catalizador de vanadio. El gas convertido entra al intercambiador de
calor, donde este intercambiará calor con el gas SO2 desde la torre de absorción,
en camino a la conversión.
• El gas convertido, el cual pasa a través del intercambiador de calor será

reingresado al convertidor a una temperatura adecuada para obtener una
conversión adicional óptima en el segundo paso. El gas liberado en este segundo
paso será enfriado a una temperatura adecuada en el precalentador de aire antes
de entrar a la torre de absorción. Después de la primera sección de absorción, el
gas convertido, SO3 será absorbido, el gas SO2 pasará al intercambiador de
calor, luego reingresará nuevamente al tercer paso.
• El gas liberado en el tercer paso será enfriado y diluido con aire refrigerado
desde la torre de secado, antes de entrar al paso final (cuarto paso).
• El gas convertido desde el cuarto paso del convertidor pasará a través de un

ahorrador el cual enfriará el gas aproximadamente a 180°C, luego tomará lugar en
la tubería principal de la torre de absorción, la temperatura final del gas entrando a
la torre de absorción será aproximadamente de 170°C. El calor removido desde el
gas por el ahorrador será usado para precalentar la tolva alimentador de agua
antes de que este entre a la tolva de desechos calientes.
• El gas liberado del ahorrador entrará a la torre de absorción, donde el SO3, será
absorbido en un 98% del ácido circulado, en consecuencia, se incrementará la
fuerza del ácido circulado.
246
El ácido sulfúrico es importante en casi todas las industrias, y es usado

ampliamente en la manufactura de fertilizantes superfosfatos, sales sulfatadas,
celofán, rayón, detergentes, ácido clorhídrico, ácido nítrico, tintes, pigmentos,
explosivos, refinación de petróleo, en el almacenaje de baterías, en el tratamiento
de agua industrial, y en el blanqueado de minerales.
Los desechos de la fabricación de ácidos, son extremadamente contaminantes,

por lo cual deben tratarse antes de poderse arrojar en los cursos de aguas. Varios
son los puntos importantes, sin embargo, el pH de estos residuos es lo que más
atentamente se debe controlar y se debe ver que dicho valor se encuentre en el
rango de 6.0 a 9.0.
El principal método de tratamiento que se efectúa a estos efluentes es el de

neutralización. Gehm nos describe su método de neutralización de desechos
ácidos, que consta de una cama de piedra caliza, la cual trata a los desechos por
encima 10.000 p.p.m. de acidez mineral en una cama capaz de recibir 0.1 mgd de
desechos. Por otra parte también encontramos el método de Shugart; un proceso
que utiliza caliza para una neutralización automática.
Métodos de Spray-burning y Combustión indirecta:
1. Spray-burning: Este método consiste en esparcir el desecho ácido en una

cámara de combustión a alta temperatura (1700-2000 °F) con pequeñas
cantidades de aire en exceso con el fin de oxidar hidrocarburos. El sulfato se
transforma en SO2 y los hidrocarburos en CO2 y H2O; los gases son enfriados y
secados, y el SO2 es recuperable para su posterior uso en la fabricación de ácido
sulfúrico nuevamente.
2. Combustión indirecta: La principal reacción de éste método, es la reducción de

los excedentes de ácido sulfúrico en el sedimento fangoso por ciertos
hidrocarburos que pueden hallarse presente o que se pueden adicionar.
Método de cama de piedra caliza:
Este método es aplicable al caso de que una planta no sólo produzca ácido
sulfúrico, sino también otros como el clorhídrico nítrico, etc..
Consiste en una cama de piedra caliza de neutralización ácida, unidad que se

emplea en la neutralización de una mezcla de sulfúrico y clorhídrico (comúnmente)
en distintas concentraciones.
247
Los desechos deben diluirse hasta que alcancen una concentración de un uno por
ciento y luego se los hace pasar a través de dicha cama de piedra caliza hacia
arriba por sus tres pies de extensión en cantidades de 20 a 30 galones por minuto
por pie cuadrado del área de la cama. El inconveniente es que se debe tener
inicialmente un pH que ronde los valores 4,6 a 4,9. La reacción que se lleva a
cabo es:
CaCO3 + H2SO4 ---- CaSO4 + CO2 + H2O
Obtención de Acido Acético
fuente:avances.files.wordpress.com/2007/11/bioconbus...
Generalidades
El ácido acético es un compuesto químico muy versátil y necesario en gran

cantidad de procesos químicos. Este compuesto tiene gran variedad de usos, que
van desde la industria alimenticia hasta la de plásticos, cueros, solventes entre
otros. Es usado ampliamente como conservante, también llamado vinagre; en la
síntesis de acetato de polivinilo y posteriormente en la producción de pinturas,
plásticos entre otros. También se encuentra en la industria de fibras y de
insecticidas.
248
Producto de origen natural, presente en gran cantidad de frutas, producto de una

fermentación bacteriana, y por ende, está presente en todos los productos
fermentados. Comercialmente es elaborado por medio de la fermentación
bacteriana del azúcar, o el alcohol, o por síntesis química del acetaldehído.
El ácido acético se encuentra en el vinagre y es el principal responsable de su

sabor agrio y su característico olor. Su fórmula es CH3-COOH, y, de acuerdo con
la IUPAC se denomina sistemáticamente ácido etanóico. Su punto de fusión es
16.6 ° C y el punto de ebullición es 117.9 °C.
Es de interés para la química orgánica como reactivo, para la química inorgánica

como ligando, y para la bioquímica como metabolito. También se utiliza como
sustrato, en su forma activada, en reacciones catalizadas por las enzimas
conocidas como acetil transferasas.
A continuación se presentan las fichas técnicas de dos tipos comerciales de ácido

acético:
Tabla 20. Ficha Técnica del Ácido Acético grado Técnico
249
Tabla 21. Ficha Técnica del Ácido Acético grado Glacial
Etanol
Catalizador – Paladio soportado en α-Alumina
Los metales preciosos son utilizados más ampliamente cuando se trata de

controlar los componentes volátiles orgánicos (VOCs ) ya que cuentan con más
alta selectividad y estabilidad en comparación con los catalizadores de oxido de
metales de transición. Las reacciones involucradas se desarrollan en serie. Por
ello se utiliza un catalizador selectivo a ambas reacciones. Los pellets de paladio
impregnado se ubican en un reactor de lecho que tiene dos secciones para cada
una de las reacciones en serie, y con cantidad de catalizador suficiente para cada
una.
250
Diagrama de flujo
La oxidación catalítica del etanol se utiliza para la obtención del ácido acético en
dos pasos: primero, se realiza una oxidación del alcohol etílico hacia acetaldehído
y posteriormente, este producto se oxida para obtener ácido acético. Ambas
etapas se llevan a cabo en fase de vapor. La oxidación se realizará con aire.
Precalentamiento y Evaporación
El etanol estando a temperatura ambiente y presión atmosférica es precalentado y

evaporado hasta llevarlo a 170°C y 2 bares, con ayuda de un compresor.
Mezclado
El etanol precalentado y presurizado en estado gaseoso se mezcla con aire a

unas condiciones similares, de tal forma que la corriente resultante presenta una
temperatura de 172°C y 2 bares, esta mezcla se precalienta hasta 250°C que es la
temperatura de reacción.
251
Reacción
La mezcla ingresa al reactor y como resultado de la reacción se obtiene como

corriente de salida compuesta por ácido acético, agua, nitrógeno, acetaldehído y
etanol que no ha reaccionado.
Absorción
La mezcla anterior, ingresa a la torre de absorción, donde entra en contacto con

agua que gracias a su afinidad con el ácido acético, lo retiene y salen ambos por
el fondo a 1 bar y 78°C, de allí pasan a una evaporación para retirar algunas
trazas de nitrógeno y preparar la mezcla para la separación en la torre de
destilación.
Separación
La torre de destilación recibe como alimentación la corriente líquida obtenida

anteriormente y rica en ácido acético y agua, y la pone en contacto con una
corriente de acetato de etilo, para retirar el agua y obtener ácido acético de mayor
concentración.
Recuperación de Solvente
El agua con el acetato de etilo resultantes de la destilación, pasan a un

condensador y una torre de destilación en serie, donde son separados, de tal
forma que el acetato de etilo se recircula.
El ácido acético se utiliza como un conservante previniendo el crecimiento de las

bacterias y los hongos. Así mismo, este ácido está presente en la mayonesa para
incrementar el efecto de inactivación contra la Salmonella . Muestra su mayor
actividad a niveles bajos de pH.
Adicionalmente, puede ser utilizado como sustancia amortiguadora o „buffer' en los

alimentos ácidos, o como un componente aromático en algunos productos
En apicultura es utilizado para el control de las larvas y huevos de las polillas de la

cera, enfermedad denominada Galleriosis, que destruyen los panales de cera que
las abejas melíferas obran para criar o acumular la miel.
Sus aplicaciones en la industria química van muy ligadas a sus sales aniónicas,
como son el acetato de vinilo o el acetato de celulosa (base para la fabricación de
rayón, celofán...).
252
CAPITULO 7. ANALISIS FINANCIERO EN UN PROCESO QUIMICO.
Este capítulo continuará el curso de procesos químicos entregando al estudiante

desarrollos básicos para distribuir su planta con base en los equipo de
operaciones unitarias necesarios y de apoyo, también se tendrá una visión
financiera preliminar para determinar, si el producto tiene una viabilidad o no de
producción en el área de influencia del mismo y mirar así una proyección
emprendedora del profesional en ingeniería.
Lección 29. Estados financieros y Análisis financiero básico en proceso

productivo.
Todo proceso productivo o químico requiere instalaciones productivas, por lo tanto

al diseñar el proceso o producto se deberá describir el modo en que éstas se
obtendrán y cómo será reclutado el personal de producción. Por ejemplo el flujo o
diagrama de proceso puede ayudar al diseñador a comprender la forma en que se
operará.
Los supuestos que se establecen en esta proyección servirán de base para las
proyecciones de egresos en el flujo de fondos (que se incluye en el análisis
financiero). Para que la información sea lo más exacta posible, resulta conveniente
pedir presupuestos a posibles proveedores; Uno de los factores más decisivos
para el éxito de la estrategia de producción es la administración de los tiempos
y áreas. Es necesario coordinar los tiempos de producción para adecuarse a la
demanda; Para ello se hace imprescindible una programación de atrás para
adelante, mediante la cual la proyección de ventas gobierna sobre el proceso de
producción y determina las cantidades a producir, los insumos a comprar y los
productos terminados a almacenar.
Es importante obtener un análisis de los proveedores de insumos para la

producción; Seguramente la calidad de los productos será un factor de éxito del
producto y dependerá en gran medida de la calidad de los insumos. En caso de
procesos industriales donde la maquinaria es un factor clave de éxito, es
recomendable presentar una breve descripción de los equipos y su funcionalidad.
Por lo anterior, se deben proporcionar evidencias de que se ha planificado
cuidadosamente, y que se han contemplado los problemas que involucra poner en
marcha el proyecto en cuestión y mantenerlo en funcionamiento. La enumeración
de los principales aspectos a resolver y una propuesta de solución para cada uno
de ellos ayuda a demostrar la factibilidad del proyecto de producción.
Algunos aspectos que deben ser considerados son los siguientes:
Ensayo e investigación: ¿Se probó el producto/servicio? ¿Cuándo? ¿Cómo?

¿Funciona correctamente? ¿Se conocen otras experiencias similares?)
Ubicación: ¿Cómo se decidió o decidirá? ¿Cómo se hará para estar cerca de los
clientes y de los proveedores?
253
Escalas de producción: ¿Es posible responder a las ventas previstas con la escala
seleccionada? ¿Existen posibilidades de ampliación/reducción de la capacidad?
Proyectos complementarios: ¿Es necesario desarrollar proyectos complementarios

para poner en marcha el proyecto en cuestión? ¿Es posible hacerlo? ¿Quién lo
hará? ¿Cómo lo hará? ¿Cuándo lo hará?
Tecnología: ¿Cómo se obtendrá la tecnología necesaria para el desarrollo? ¿Ya

fue probada? ¿Cómo se adecuará el proyecto a los avances tecnológicos?
Personal: ¿Hay en el mercado personal calificado para las funciones que se

requieren? Y si no es así, ¿cómo se capacitará al plantel?
Materias primas: ¿Es constante el abastecimiento? ¿Está sujeto a cambios en el

mercado? ¿Existen proveedores alternativos a los seleccionados?
Según los interrogantes anteriores es muy necesario mostrar cuáles son los
recursos (técnicos, humanos, económicos, etc.) necesarios para poner en marcha
el proyecto y dónde y cómo se obtendrán, especificando las necesidades de
inversión.
Los rubros que deben describirse dependen de las particularidades de cada

proyecto, pero algunos de los que normalmente forman parte de cualquier
proyecto son:
Inmuebles
Selección y contratación de personal
Instalaciones
Maquinarias
Inscripciones, registros y licencias
Capacitación y entrenamiento
Mercaderías
Investigaciones de mercado
Publicidad y promoción
Capital de trabajo
Este último punto es fundamental: el capital de trabajo es el que necesitará la

empresa para mantenerse en funcionamiento hasta comenzar a generar ingresos
y para cubrir las brechas temporales entre los pagos y las cobranzas; A una
descripción general de qué es cada rubro y cómo se satisfará (compra, alquiler,
contratación de especialistas, etc.) debe agregar cuál será la cantidad total de
dinero o monto de la inversión inicial que se necesitará y cuál será el origen del
mismo.
254
Las alternativas básicas de financiamiento son el capital ajeno, obtenido a través

de préstamos o inversión, y el capital propio de las personas o empresas que
realizan el proyecto.
Factibilidad económica. Como se puede observar con lo anteriormente descrito

sin ganancias, las empresas no sobreviven, lo que hace necesario mostrar que el
proyecto presentado es factible económicamente y sobrevivirá. Lo que significa
que la inversión que debe realizarse está justificada por la ganancia que generará.
En términos sencillos, la rentabilidad de un proyecto estará determinada por la
diferencia entre lo que se compra y lo que se vende, después de descontar
todos los gastos que demandan los procesos internos de la empresa; Para
calcular la ganancia que se estima para el proyecto, es necesario trabajar con un
esquema que contemple los grandes números: costos y ventas.
Ventas. En este punto, el precio del producto/servicio juega un papel fundamental,

ya que es determinante del volumen de ventas, por lo que debe explicarse
brevemente cómo se le ha definido. El plan debe mostrar estimaciones de ventas
(en unidades y en dinero) para un período de al menos un año, justificando cómo
se han calculado (investigaciones de mercado, negocios similares, opiniones de
especialistas, etc.). Es importante explicitar cómo evolucionarán las ventas del
producto/servicio a lo largo del tiempo y por qué (venta regular, estacional u
ocasional).
Costos. Debe presentarse la estructura de costos para el funcionamiento del

proyecto analizando los costos fijos y variables; Los costos variables son aquellos
que guardan una relación directamente proporcional con el nivel de producción;
como materia prima, mano de obra directa, fuerza motriz, comisiones, impuestos a
la facturación, etc. Se consideran costos fijos, también llamados gastos de
estructura, todos los que se mantienen invariables o se modifican solo como
consecuencia de cambios en la capacidad productiva de la empresa: costos de
edificios, seguros, sueldos de supervisión, sueldos indirectos, gastos de
mantenimiento, etc.
El objetivo del análisis de costos y ventas es poder armar un balance proyectado

para el período que se está planificando, mostrando las ganancias o pérdidas que
el negocio generará una vez puesto en marcha; Este balance debe permitir
detectar en qué momento el negocio comenzará a dar ganancia.
El punto de equilibrio, es decir, la cantidad de productos/servicios que deben

venderse para que la empresa no gane ni pierda dinero, es otro de los datos que
vale la pena incluir en el plan, ya que permite visualizar el límite entre el área de
pérdidas y el área de ganancias.
Otra información que puede incluirse es la contribución marginal: el precio de

venta neto de un producto/servicio menos su costo variable. Si bien es cierto que
255
la contribución marginal no indica la rentabilidad de un producto, es un instrumento

orientador para la toma de decisiones y la comprensión del negocio.
Factibilidad financiera. La base de esta es el flujo de fondos, que sintetiza

numéricamente todos los aspectos desarrollados a lo largo de la estructura
económica; Su preparación requiere la elaboración de una lista de todos los
ingresos y egresos de fondos que se espera que produzca el proyecto en
cuestión, y ordenarlos en forma cronológica. Una premisa a tener en cuenta es
que solamente se deben incluir en el flujo de fondos aquellos ingresos y egresos
que estén directamente asociados con el proyecto; es decir, aquellos que no
existirían si el proyecto no se realizara. Este es un aspecto a considerar en los
casos de proyectos que se implementan en empresas en marcha.
En otras palabras, el flujo de fondos de un proyecto está integrado por los ingresos
y egresos incrementales que genera el proyecto. Por ejemplo, si se está
analizando un proyecto de lanzamiento de un nuevo producto, los costos fijos de
la planta manufacturera no se incluirán en el flujo de fondos del proyecto, ya que
son costos en los que se incurriría independientemente de que se fabrique o no el
nuevo producto. A este tipo de costos (los que existen independientes de la
realización del proyecto) se les denomina costos hundidos y no se les incorporará
al flujo de fondos.
Otra premisa fundamental en la elaboración del flujo de fondos es que se utiliza el

criterio de lo percibido para incluir ingresos o egresos que efectivamente se
producirán y no se contemplan los conceptos devengados. Dicho en otras
palabras, a diferencia de lo que sucede en el balance proyectado, se tienen en
cuenta solo los billetes que ingresen o egresen de la caja, y nada más que eso.
El horizonte de planeamiento es el lapso durante el cual el proyecto tendrá

vigencia y para el cual se construye el flujo de fondos. La determinación del
horizonte de planeamiento de un proyecto indica su comienzo y finalización. De
ahí en más se supone que los flujos de fondos son marginales y carecen de
importancia para la evaluación del proyecto.
Debe presentarse además un análisis del flujo de fondos realizado con una serie
de herramientas financieras o criterios de evaluación de los proyectos de
inversión. Algunos indicadores financieros que no deben dejar de incluirse en el
plan de negocios son los siguientes:
Período de recuperación (payback)

Valor actual neto (VAN)
Tasa interna de retorno (TIR)
256
Período de recuperación: También denominado payback, paycash, payout o

payoff, indica el tiempo que la empresa tardará en recuperar la inversión, con la
ganancia que genera el negocio. Es una cantidad de meses o años.
Puede calcularse en forma simple, sumando los resultados netos al monto de la

inversión inicial, hasta llegar a cero. En este caso no se estaría considerando el
"valor tiempo del dinero", por lo que, si el plazo analizado es extenso, se produce
una distorsión de valores (se comparan valores de pesos de un momento con
pesos de 12, 24 o 36 meses después). Por esto, también es útil calcular el período
de repago compuesto en el que se incorpora una tasa al flujo de fondos que refleja
las diferencias temporales.
Valor Actual Neto (VAN). Es el valor de la inversión en el momento cero,

descontados todos sus ingresos y egresos a una determinada tasa, que refleja las
expectativas de retorno depositadas en el proyecto. Indica un monto en bolívares
que representa la ganancia que se podría tomar por adelantado al comenzar un
proyecto, considerando la "tasa de corte" establecida.
Uno de los puntos conflictivos en torno al VAN es la determinación de la tasa

seleccionada y por qué. Esencialmente, hay cuatro opciones:
El interés del mercado

La tasa de rentabilidad de la empresa
Una tasa cualquiera elegida por el inversor
Una tasa que refleje el costo de oportunidad
Tasa Interna de Retorno (TIR). Es la tasa de interés efectiva que da la inversión

en el negocio en evaluación. Es la máxima tasa que es posible pagar por el
financiamiento de un proyecto, ya que devolviendo un préstamo con esa tasa, con
los ingresos generados, el proyecto no daría ganancia ni pérdida. La fórmula para
calcular este indicador es algo compleja, pero con una calculadora financiera o
una planilla de cálculo resulta muy simple de obtener: solo se necesita cargar los
datos del flujo de fondos, y la fórmula financiera que ya está cargada se aplica con
solo presionar enter.
Si el Proyecto productivo se está presentando para solicitar un préstamo, además

de la información ya descrita, es fundamental incluir:
Monto exacto de los fondos que se solicitan

Período por el que se pide el crédito
¿Qué uso específico se dará al préstamo? (capital de trabajo, instalaciones,
equipamiento, etc.)
Un flujo de fondos con el repago del préstamo incluido para que quienes lo
evalúen puedan ver que el proyecto permite devolver el dinero.
257
Análisis de sensibilidad. En todo proyecto se trabaja con algunos factores sobre

los que se tiene poder de decisión (variables controlables), y otros sobre los que
solo se pueden realizar estimaciones (variables no controlables).
Algunas de las variables controlables incorporadas al plan son:
Precio
Producto
Logística
Promoción
Las principales variables no controlables en un proyecto son:
Competencia
Consumidores
Entorno económico, político, legal, etc.
El flujo de fondos refleja, en consecuencia, una cantidad de supuestos sobre el

comportamiento de las variables. El análisis de sensibilidad es una técnica que
permite evaluar el impacto de las modificaciones de los valores de las variables
más importantes sobre los beneficios y, consecuentemente, sobre la tasa de
retorno.
Los resultados de este tipo de análisis suelen incluirse en la proyección, ya que,

saber cuáles son las variables más sensibles, es decir, las que más afectan los
resultados del proyecto en caso de modificarse, es útil para tomar decisiones.
Preguntas guía: Esta parte de la proyección se puede apoyar en las siguientes

preguntas:
¿Qué recursos (físicos, económicos, humanos, tecnológicos, etc.) se necesitan

para emprender este proyecto? ¿Dónde y cómo se obtendrán?
¿Cuáles son los desembolsos necesarios para poner en marcha el proyecto?
¿Cómo se financiarán?
¿Cuál es el monto de la inversión inicial?
¿Se ha hecho un estudio que garantice que el proyecto es viable técnicamente?
¿Cuáles son los principales problemas a solucionar durante la puesta en marcha y
una vez que el proyecto esté funcionando?
¿Cuáles son y cómo se han establecido los precios de los productos/servicios?
¿Cuáles son los costos fijos que deberán afrontarse?
¿Cuáles son los costos variables del proyecto?
¿Cuál es el punto de equilibrio, o sea, el punto en el que la empresa no ganaría ni
perdería?
¿En qué momento el proyecto comenzará a generar ganancias?
¿Cómo se distribuyen los ingresos y egresos a lo largo del tiempo?
258
¿Qué señalan los indicadores financieros? ¿Cuál es el período de recuperación de

la inversión? ¿Cuál es la tasa interna de retorno (TIR)? ¿Cuál es el valor actual
neto (VAN) del proyecto?
¿Cómo se modifican los resultados al variar los principales supuestos sobre los
que se basa el flujo de fondos?
CAPITULO 8. Petroquímica
fuente:galeria.blogs.sapo.pt/arquivo/PlataformaPetro
¿QUE ES EL PETROLEO?
El producto es un compuesto químico complejo en el que coexisten partes sólidas,

líquidas y gaseosas. Lo forman, por una parte, unos compuestos denominados
hidrocarburos, formados por átomos de carbono e hidrógeno y, por otra, pequeñas
proporciones de nitrógeno, azufre, oxígeno y algunos metales. Se presenta de
forma natural en depósitos de roca sedimentaria y solo en lugares en los que hubo
mar.
Su color es variable, entre el ámbar y el negro y el significado etimológico de la

palabra petróleo es aceite de piedra, por tener la textura de un aceite y
encontrarse en yacimientos de roca sedimentaria.
ORIGEN
Factores para su formación:
- Ausencia de aire
- Restos de plantas y animales (sobre todo, plancton marino)
- Gran presión de las capas de tierra
- Altas temperaturas
- Acción de bacterias
259
Lección 30. El petróleo y sus derivados
TIPOS Y EXTRACCIÓN
LOCALIZACION
Al ser un compuesto líquido, su presencia no se localiza habitualmente en el lugar

en el que se generan, sino que ha sufrido previamente un movimiento vertical o
lateral, filtrándose a través de rocas porosas, a veces una distancia considerable,
hasta encontrar una salida al exterior en cuyo caso parte se evapora y parte se
oxida al contactar con el aire, con lo cual el petróleo en si desaparece o hasta
encontrar una roca no porosa que le impide la salida. Entonces se habla de un
yacimiento.
NOTA: El petróleo no forma lagos subterráneos; siempre aparece impregnado en

rocas porosas.
Estratigráficos: En forma de cuya alargada que se inserta entre dos estratos.
Anticlinal: En un repliegue del subsuelo, que almacena el petróleo en el

arqueamiento del terreno.
Falla: Cuando el terreno se fractura, los estratos que antes coincidan se separan.
Si el estrato que contenga petróleo encuentra entonces una roca no porosa, se
forma la bolsa o yacimiento.
En las últimas décadas se ha desarrollado enormemente la búsqueda de

yacimientos bajo el mar, los cuales, si bien tienen similares características que los
terrestres en cuanto a estructura de las bolsas, presentan muchas mayores
dificultades a la hora de su localización y, por añadidura, de su explotación.
GEOLOGIA DEL PETROLEO
El petróleo no se encuentra distribuido de manera uniforme en el subsuelo hay

que tener presencia de al menos cuatro condiciones básicas para que este se
acumule:
260
Debe existir una roca permeable de forma tal que bajo presión el petróleo pueda
moverse a través de los poros microscópicos de la roca.
La presencia de una roca impermeable, que evite la fuga del aceite y gas hacia la
superficie.
El yacimiento debe comportarse como una trampa, ya que las rocas impermeables
deben encontrarse dispuestas de tal forma que no existan movimientos laterales
de fuga de hidrocarburos.
Debe existir material orgánico suficiente y necesario para convertirse en petróleo

por el efecto de la presión y temperatura que predomine en el yacimiento.
La búsqueda de petróleo o gas se enfrenta con el hecho de que la superficie de la

tierra tiene una historia complicada. Los geocientificos saben que parte de la
corteza terrestre, que abarcan continentes y océanos, se han trasladado con
relación a otras. Cuando los continentes se separaron, zonas que eran tierra
quedaron sumergidas por el mar: esas zonas se convirtieron en lugares de
deposición de rocas sedimentarias. Al producirse colisiones las enormes fuerzas
originadas levantaron cadenas de montañas, estrujaron las rocas en plegamientos
y las echaron unas sobre otras, para formar estructuras complejas. Algunas de
estas son favorables para la acumulación de petróleo.
Una de las estructuras más comunes es el anticlinal, cuyas capas forman un arco
hacia arriba o en forma convexa, con las capas antiguas cubiertas por las más
recientes y se estrechan con la profundidad. Debajo del anticlinal, puede
encontrarse un yacimiento de hidrocarburos, sellado por una capa impermeable.
Si se perfora un pozo a través de esta cubierta, hasta llegar al yacimiento, se
puede sacar petróleo a la superficie.
El petróleo no suele encontrarse en el lugar en el que se genera. La generación de

petróleo se produce a partir de la materia orgánica que se encuentra en
sedimentos de grano fino, como arcillas; a estos sedimentos se les llama rocas
madre. Posteriormente el petróleo se traslada a sedimentos de grano más grueso,
como areniscas, por medio de un proceso llamado migración; A veces el petróleo
no encuentra obstáculos en su migración, por lo que sale o brota, a la superficie
como un manantial (así el Hombre conoció la existencia de petróleo) o bien queda
entrampado. Las trampas son sitios del subsuelo donde existen condiciones
adecuadas para que se acumulen los hidrocarburos, estas se caracterizan por la
presencia de rocas porosas y permeables conocidas como rocas almacén o
reservorios, donde se acumulan o almacenan los hidrocarburos bordeados de
capas de rocas impermeables o rocas sello que impiden su migración.
261
TIPOS DE PETRÓLEO
Son miles los compuestos químicos que constituyen el petróleo, y, entre muchas
otras propiedades, estos compuestos se diferencian por su volatilidad
(dependiendo de la temperatura de ebullición). Al calentarse el petróleo, se
evaporan preferentemente los compuestos ligeros (de estructura química sencilla
y bajo peso molecular), de tal manera que conforme aumenta la temperatura, los
componentes más pesados van incorporándose al vapor.
Las curvas de destilación TBP (del inglés true boiling point, temperatura de
ebullición real) distinguen a los diferentes tipos de petróleo y definen los
rendimientos que se pueden obtener de los productos por separación directa.
La industria mundial de hidrocarburos líquidos clasifica el petróleo de acuerdo a su

densidad API (parámetro internacional del Instituto Americano del Petróleo, que
diferencia las calidades del crudo).
Densidad Densidad
( g/ cm3) grados API
Extrapesado >1.0 10.0

Pesado 1.0 - 0.92 10.0 - 22.3
Mediano 0.92 - 0.87 22.3 - 31.1
Ligero 0.87 - 0.83 31.1 - 39
Superligero < 0.83 > 39
Exploración
Para descubrir los lugares donde existen yacimientos de petróleo no existe un

método científico exacto, sino que es preciso realizar multitud de tareas previas de
estudio del terreno. Los métodos empleados, dependiendo del tipo de terreno,
serán geológicos o geofísicos.
Refinación
fuente:www.bilirrubina.com/.../familia_del_petroleo.jpg
262
Refino y Obtención de Productos
El petróleo, tal como se extrae del yacimiento, no tiene aplicación práctica alguna.
Por ello, se hace necesario separarlo en diferentes fracciones que si son de
utilidad. Este proceso se realiza en las refinerías.
Una refinería es una instalación industrial en la que se transforma el petróleo

crudo en productos útiles para las personas. El conjunto de operaciones que se
realizan en las refinerías para conseguir estos productos son denominados
procesos de refino.
La industria del refino tiene como finalidad obtener del petróleo la mayor cantidad
posible de productos de calidad bien determinada, que van desde los gases
ligeros, como el propano y el butano, hasta las fracciones más pesadas, fuelóleo y
asfaltos, pasando por otros productos intermedios como las gasolinas, el gasoil y
los aceites lubricantes.
El petróleo bruto contiene todos estos productos en potencia porque está

compuesto casi exclusivamente de hidrocarburos, cuyos dos elementos son el
carbón y el hidrogeno. Ambos elementos al combinarse entre sí pueden formar
infinita variedad de moléculas y cadenas de moléculas.
Procesos de Refino
Los procesos de refino dentro de una refinería se pueden clasificar, por orden de
realización y de forma general, en destilación, conversión y tratamiento.
Antes de comenzar este proceso se realiza un análisis de laboratorio del petróleo,

puesto que no todos los petróleos son iguales, ni de todos se pueden extraer las
mismas sustancias. A continuación se realizan una serie de refinados piloto donde
se experimentan a pequeña escala todas las operaciones de refino. Una vez
comprobados los pasos a realizar, se inicia el proceso.
Destilación
La destilación es la operación fundamental para el refino del petróleo. Su objetivo

es conseguir, mediante calor, separar los diversos componentes del crudo.
Cuando el crudo llega a la refinería es sometido a un proceso denominado
destilación fraccionada. En este, el petróleo calentado es alimentado a una
columna, llamado también torre de fraccionamiento o de destilación.
El petróleo pasa primero por un calentador que alcanza una temperatura de 370ºC
y posteriormente es introducido en una torre, donde comienza a circular y a
evaporarse. De esta forma se separan los productos ligeros y los residuos.
Los hidrocarburos con menor masa molecular son los que se vaporizan a
263
temperaturas más bajas y a medida que aumenta la temperatura se van

evaporando las moléculas más grandes.
Las fracciones más ligeras del crudo, como son los gases y la nafta, ascienden
hasta la parte superior de la torre. A medida que descendemos, nos encontramos
con los productos más pesados: el queroseno, gasoil ligero, gasoil pesado. En
último lugar, se encuentra el residuo de fuelóleo atmosférico.
La destilación es continua: el crudo calentado entra en la torre y las fracciones

separadas salen a los diferentes niveles. Esta operación, no obstante, solo
suministra productos en bruto que deberán ser mejorados (convertidos) para su
comercialización, dado que los procesos de destilación no rinden productos en la
cantidad ni calidad demandas por el mercado.
En cuanto a la cantidad, las fracciones obtenidas deben estar distribuidas de

forma que puedan hacer frente a las necesidades de las distintas épocas del año.
En invierno, las necesidades de gasóleos y fuelóleos para calefacción serán
superiores a las del verano, donde prima la producción de gasolinas.
Con respecto a la calidad, las gasolinas que provienen directamente de la

destilación, no responden a las exigencias de los motores, particularmente en lo
que se refiere a su índice de octanos.
Conversión
Para hacer más rentable el proceso de refino y adecuar la producción a la

demanda, es necesario transformar los productos, utilizando técnicas de
conversión. Los principales procedimientos de conversión son el cracking y el
reformado.
Los procedimientos de cracking o craqueo consisten en un ruptura molecular y se

pueden realizar, en general, con dos técnicas: el craqueo térmico, que rompe las
moléculas mediante calor, o el craqueo catalítico, que realiza la misma operación
mediante un catalizador, que es una sustancia que causa cambios químicos sin
que ella misma sufra modificaciones en el proceso.
264
Figura. 55. Recogida de líquido
Tratamiento
En general, los productos obtenidos en los procesos anteriores no se pueden

considerar productos finales. Antes de su comercialización deben ser sometidos a
diferentes tratamientos para eliminar o transformar los compuestos no deseados
que llevan consigo. Estos compuestos son, principalmente, derivados del azufre.
Con este último proceso, las refinerías obtienen productos que cumplen con las
normas y especificaciones del mercado. El proceso de craqueo catalítico, antes
mencionado, permite la producción de muchos hidrocarburos diferentes que luego
pueden recombinarse mediante la alquilación, la isomerización o reformación
catalítica para fabricar productos químicos y combustibles de elevado octanaje
para motores especializados.
La fabricación de estos productos ha dado origen a una gigantesca industria

petroquímica que produce alcoholes, detergentes, caucho sintético, glicerina,
fertilizantes, azufre, disolventes, materias primas para fabricar medicinas, nailon,
plásticos, pinturas, poliésteres, aditivos y complementos alimenticios, explosivos,
tintes y materiales aislantes, así como otros componentes para la producción de
abonos. Las plantas de tratamiento más usuales son: MTBE, para mejorar la
calidad de la gasolina, alquilacion, para reducir los derivados de plomo, e
isomerización, para obtener productos de alto índice de octano que son utilizados
para las gasolinas.
PORCENTAJES DE LOS DISTINTOS PRODUCTOS REFINADOS
En 1920, un barril de crudo, que contiene 159 litros, producía 41,5 litros de
265
gasolina, 20 litros de queroseno, 77 litros de gasoil y destilados y 20 litros de

destilados más pesados.
Hoy un barril de crudo produce 79,5 litros de gasolina, 11,5 de combustible para
reactores, 34 litros de gasoil y destilados, 15 litros de lubricantes y 11,5 litros de
residuos más pesados.
DISTRIBUCION DE LOS PRODUCTOS DERIVADOS DEL PETROLEO
Los productos derivados del petróleo alimentan no solo a otras industrias, sino,
sobre todo, a los consumidores industriales o privados. Al principio resultaba más
económico situar las refinerías junto a las explotaciones petrolíferas, mientras que
ahora, los progresos realizados en la técnica de los oleoductos han dado lugar a
una evolución que conduce a instalar las refinerías cerca de los grandes centros
de consumo.
Una vez obtenidos los derivados petrolíferos, las empresas deben distribuir sus
productos a los clientes. En general, estos productos salen de las refinerías a
granel, aunque algunos se envasan en latas o bidones, listos para su uso. Los
grandes consumidores, como las eléctricas o las industrias químicas, reciben el
suministro directamente de la refinería, por oleoducto o por carretera. Los
consumidores de menos cantidades son abastecidos, generalmente, desde
centros de almacenamiento y distribución.
Aunque los derivados del petróleo forman una gama muy variada, el 90% de ellos
se destinan a satisfacer las necesidades energéticas del mundo. Es decir,
estamos hablando de los combustibles.
Principales productos derivados del petróleo
Gases del petróleo (butano, propano)
Gasolinas para automóviles (sin plomo, de 98 octanos)
Combustibles para aviones (alto octanaje, querosenos)
Gasóleos (para automóviles, para calefacción)
Fuelóleos (combustible para buques, para la industria)
Otros derivados
Aceites (lubricantes, grasas)
Asfaltos (para carreteras, pistas deportivas)
266
Aditivos (para mejorar combustibles líquidos y lubricantes)
PROCESO DE REFINO DE PRODUCTOS DERIVADOS DEL PETRÓLEO
Figura 56. Refino del petróleo
Almacenamiento
Para evitar cortes o problemas en el proceso de suministro de petróleo y con el fin

de asegurar un abastecimiento abundante y regular de las industrias y de los
consumidores, son necesarias grandes instalaciones de almacenamiento o
depósito, bien sea en los terminales, en los puertos o en las mismas refinerías.
El almacenamiento debe quedar asegurado en cada etapa del camino recorrido

por el petróleo, desde el pozo de extracción hasta el surtidor de gasolina o la
caldera.
Petroquímica: Transformación de Productos Derivados
Del petróleo se obtienen determinados compuestos que son la base de diversas

cadenas productivas que acaban en una amplia gama de productos denominados
267
petroquímicos, que después se utilizan en las industrias de fertilizantes, plásticos,

alimenticia, farmacéutica, química y textil, entre otras.
La conversión de hidrocarburos en productos químicos se llama petroquímica y es

una de las piedras angulares de la industria y la tecnología actual. Esta industria
ha hecho posible muchos de los productos que hoy se consideran normales y
necesarios, como las computadoras, tejidos, juguetes irrompibles.
La utilización del petróleo y el gas natural como fuentes de productos

petroquímicos ha sido posible gracias al desarrollo de técnicas de transformación
de su estructura molecular. El crecimiento de la demanda de los productos
petroquímicos se ha debido al desplazamiento de las materias primas
tradicionales por las nuevas materias sintéticas:
Industria textil: Fibras sintéticas que suplen a la lana y el algodón.
Industria del caucho: nuevos productos con iguales propiedades y a veces

superiores a las del caucho natural.
Industria de envases y embalajes: el polietileno como alternativa al cristal y al

celofán, plásticos para la construcción, por su gran resistencia a la corrosión y a
las inclemencias del tiempo, por su ligereza y flexibilidad.
ETAPAS DEL DESARROLLO PETROQUIMICO
1.) Fabricación de materias de base o productos de primera generación. Partiendo

del petróleo y del gas natural, se obtienen diversos productos básicos que son los
pilares de la petroquímica. Los dos grupos más importantes son las olefinas y los
aromáticos.
2.) Introducción de átomos de ciertos componentes (oxigeno, nitrógeno y azufre)

en los productos básicos, para obtener productos de segunda generación
(productos intermedios).
3.) Elaboración de productos de consumo. Conjugando los productos básicos e

intermedios. Su diversidad es asombrosa y alcanza una casi infinita variedad de
productos habituales de consumo (fibras, cauchos, plásticos, detergentes,
pinturas, barnices, abonos, anticongelantes, perfumes, explosivos, aislantes,
alimentos, etc.).
Materias de Base
Las principales materias de base o cadenas petroquímicas son las del gas natural,
las olefinas ligeras (etileno, propileno y butenos) y la de los aromáticos.
Para obtener estas materias la industria petroquímica utiliza los procedimientos del
268
cracking o desdoblamiento de moléculas pesadas en moléculas más ligeras, y el

reformado o modificación de la estructura molecular del hidrocarburo.
- Del etileno se producen un gran número de derivados, como las diferentes clases
de polietileno, cloruro de vinilo, compuestos clorados, óxidos de etileno,
monómeros de estireno entre otros que tienen aplicación en plásticos,
recubrimientos, moldes, etc.
- Del propileno se producen compuestos como alcohol isopropilico, polipropileno y

acrilonitrilo, que tienen gran aplicación en la industria de solventes, pinturas y
fibras sintéticas.
Por deshidrogenación de butenos, o como subproducto del proceso de fabricación

de etileno se obtiene el 1.3-butadieno que es una materia prima fundamental en la
industria de los elastómeros, para la fabricación de llantas, sellos, etc.
- Una cadena fundamental en la industria petroquímica se basa en los aromáticos

(benceno, tolueno y xilenos). El benceno es la base de producción de ciclohexano
y de la industria del nailon; así como del cumeno para la producción industrial de
acetona y fenol. Los xilenos son el inicio de diversas cadenas petroquímicas,
principalmente las de las fibras sintéticas.
PRODUCTOS TERMINADOS
La inmensa variedad de productos terminados de la Petroquímica puede

clasificarse en cinco grupos:
Los plásticos.
Las fibras sintéticas.
Los cauchos sintéticos o elastómeros.
Los detergentes
Los abonos nitrogenados
Plásticos
El nombre común de plásticos se debe a la propiedad que tienen de ser

deformables por plasticidad (frente a la elasticidad), bajo la influencia del calor, la
presión o de ambos a la vez.
Este término abarca productos que difieren entre sí por su estructura química, sus
propiedades físicas, sus aplicaciones prácticas y sus procesos de fabricación.
269
Hay tres grandes familias de plásticos: los termoplásticos, los termoendurecibles y

los poliuretanos.
Aplicaciones de los plásticos derivados del petróleo

Películas fotográficas, bolsas, papel
de envasar, tuberías,
Termoplásticos canalizaciones, construcción en
(aproximadamente el 50% del general, embalajes, muebles,
consumo de plásticos juguetes, aislamientos, electrónica,
del mundo) PVCs para revestimientos,
tuberías, válvulas, flores artificiales,
botas, etc.
Aislamientos eléctricos, paneles

Termoendurecibles decorativos, utensilios
domésticos, etc.
Productos con apariencia de vidrio,

espumas extraligeras...
Poliuretanos
Tabla 22. Aplicaciones de los plasticos
Aplicaciones de los plásticos derivados del petróleo
Termoplásticos (aproximadamente el 50% del consumo de plásticos del mundo)

Películas fotográficas, bolsas, papel de envasar, tuberías, canalizaciones,
construcción en general, embalajes, muebles, juguetes, aislamientos, electrónica,
PVCs para revestimientos, tuberías, válvulas, flores artificiales, botas, etc.
Termoendurecibles Aislamientos eléctricos, paneles decorativos, utensilios

domésticos, etc.
Poliuretanos productos con apariencia de vidrio, espumas extraligeras.
Fibras Sintéticas
Las fibras sintéticas se obtienen por hilado de sustancias fundidas. La primera que
se comercializo fue el nailon, en 1938. Desde entonces, el aumento de la
demanda no ha dejado de crecer. Por su volumen, representan la segunda
materia en importancia de la Petroquímica, tras los plásticos.
270
Aplicaciones de las fibras sintéticas
Lencería fina, alfombras, cortinas,

trajes de baño,
Poliamidas
recubrimiento interior de
neumáticos...
Trajes, corbatas, impermeables,

Poliéster
visillos, alfombras...
Sustituyen a la lana: ovillos y

Acrílicas moquetas, entre otros usos.
Tabla 23. Aplicaciones de las fibras sinteticas
Aplicaciones de las fibras sintéticas
Poliamidas Lencería fina, alfombras, cortinas, trajes de bajo, recubrimiento interior

de neumáticos.
Poliéster Trajes, corbatas, impermeables, visillos, alfombras.
Acrílicas Sustituyen a la lana: ovillos y moquetas, entre otros usos.
Caucho sintético y elastómeros
Es el suministrador principal de la industria del automóvil, en un elemento tan

fundamental como los neumáticos. También se emplean, en algunas de sus
variedades, para los calzados y para la construcción de recubrimientos de terrazas
y tejados.
Detergentes
Son productos solubles en el agua, cuya propiedad fundamental consiste en poder

modificar la tensión superficial de los líquidos en los que se encuentra,
disminuyendo o eliminando la suciedad contenida en ellos. Sus usos principales
están centrados en el hogar, en forma de polvos, escamas o líquidos que sirven
para lavar la ropa y la vajilla. Para suprimir sus efectos contaminantes en las
aguas residuales, los detergentes se fabrican ahora a base de productos
biodegradables, que son rápidamente destruidos por los microorganismos que
viven en los ríos.
271
Abonos
La agricultura, que hasta hace poco solo utilizaba el estiércol natural, ha sufrido
una gran revolución gracias a la química. El acido sulfúrico, los fosfatos y la
síntesis del amoniaco, han puesto en circulación una gama muy amplia de abonos
químicos que mejoran el rendimiento de la agricultura. La petroquímica, mediante
el suministro de hidrogeno a bajo precio para la producción de amoniaco,
contribuye a promover el empleo masivo del nitrógeno asimilable en sus tres
variantes: nitratos, sulfatos y urea y la infinidad de abonos complejos.
Además, la petroquímica proporciona a la agricultura productos fitosanitarios tales

como herbicidas, fungicidas e insecticidas.
Petroquímica. Diagrama de procesos
Gas natural: Gases licuados del petróleo.
El proceso del refino del crudo de petróleo proporciona, entre otros muchos
productos (gasolinas, gasóleos, aceites, etc.), los denominados gases licuados del
petróleo, entre los que destacan el butano y el propano por su importancia en el
consumo industrial y, sobre todo, doméstico.
272
También hay gases licuados que se extraen del propio yacimiento en forma de gas
y que han de ser tratados en una planta de licuefacción para convertirlos en
productos líquidos. Una vez líquido, este gas es transportado, generalmente, en
buques que los trasladan a los mercados de consumo, donde se realiza la
operación inversa: nueva gasificación, para su consumo en la industria y en los
hogares en forma de gas natural.
Los gases licuados son extraídos de los hidrocarburos del crudo que tienen las
moléculas más pequeñas y más ligeras. Esto se produce durante el proceso de
destilación, la primera de las etapas del refino del petróleo.
El gas natural que se obtiene principalmente en baterías de separaciones está

constituido por metano con proporciones variables de otros hidrocarburos (etano,
propano, butanos, pentanos y gasolina natural) y de contaminantes diversos.
Su procesamiento consiste principalmente en:
- La eliminación de compuestos ácidos (H2S y CO2) mediante el uso de las

tecnologías adecuadas. El gas alimentado se denomina amargo, el producto gas
dulce y el proceso se conoce generalmente como endulzamiento.
- La recuperación de etano e hidrocarburos licuables, previo proceso de

deshidratación para evitar la formación de sólidos.
- Recuperación del azufre de los gases ácidos que se generan durante el proceso
de endulzamiento.
- Fraccionamiento de los hidrocarburos líquidos recuperados, obteniendo etano,

propano, butanos y gasolina; en ocasiones también resulta conveniente separar el
isobutano del n-butano para usos muy específicos.
GAS NATURAL
Aunque como gases naturales pueden clasificarse todos los que se encuentran de
forma natural en la Tierra, desde los constituyentes del aire hasta las emanaciones
gaseosas de los volcanes, el término gas natural se aplica hoy en sentido estricto
a las mezclas de gases combustibles, hidrocarburados o no, que se encuentran en
el subsuelo donde, en ocasiones, se hallen asociados con petróleo líquido.
El principal constituyente del gas natural es siempre el metano, que representa

habitualmente entre el 75% y el 95% del volumen total de la mezcla, razón por la
cual se suele llamar metano al gas natural. Los otros hidrocarburos gaseosos que
suelen estar presentes, etano, butano y propano, aparecen siempre en
proporciones menores.
273
Constituyentes distintos a los hidrocarburos, los más importantes suelen ser el

nitrógeno, el dióxido de carbono, el sulfuro de hidrogeno, el helio y el argón.
El gas natural puede ser húmedo si contiene hidrocarburos líquidos en suspensión

o seco si no los contiene.
El uso de combustibles gaseosos, para iluminación y fines domésticos, ha sido

muy general desde la mitad del siglo XIX. Sin embargo, apenas se utilizaba en la
industria debido a la abundancia de combustibles sólidos y líquidos disponibles y a
la dificultad que presentaba el transporte y almacenamiento de los combustibles
gaseosos.
Uso del Gas Natural
El desarrollo del empleo del gas natural se ha realizado con posterioridad al uso
del petróleo. El gas natural, que aparecía en casi todos los yacimientos
petrolíferos, se quemaba a la salida del pozo como un residuo más. Únicamente
en EE. UU, y siempre en lugares muy próximos a zonas petrolíferas, se utilizaba
como combustible doméstico por su gran poder calorífico (9.000-12.000 Kcal/m3).
La necesidad de nuevas fuentes hizo descubrir nuevos yacimientos que poseían

enormes reservas de gas natural acompañadas de pequeñas cantidades de
petróleo. Pero seguía existiendo el problema de su almacenamiento y transporte.
La solución a ambos problemas llega al poner a punto unas técnicas destinadas a

la licuefacción de los gases y procedimientos para producir y soldar tuberías
capaces de resistir altas presiones.
En la licuefacción, el gas natural se somete a unas temperaturas muy bajas,

próxima a 160ºC bajo cero, a las cuales el gas se comprime hasta transformarse
en líquido. En este estado se introduce en grandes depósitos de forma esférica
capaces de soportar la alta presión que se origina cuando el gas vuelve a su
temperatura ambiente.
El problema del transporte queda resuelto mediante la creación de la cadena del

gas natural licuado (GNL). De forma esquemática, la cadena del GNL consta de
las siguientes fases:
1. Transporte del gas desde los yacimientos hasta la costa, por medio del
gasoducto.
2. Licuación del gas natural.
3. Transporte marítimo del GNL en buques metaneros.
274
Recepción del GNL en las instalaciones portuarias del país importador y

regasificación inmediata, seguida de distribución comercial por tubería.
Aprovechamiento del Gas Natural
El gas natural se utiliza como combustible y como materia prima en la industria

petroquímica. Como combustible se emplea por su gran poder calorífico, por ser
su combustión fácilmente regulable y por ser limpia y producir escasa
contaminación. Como materia prima es la más adecuada para la fabricación de
amoniaco producto base de toda la industria de abonos nitrogenados y también
del metanol producto que se utiliza en la fabricación de plásticos y proteínas
sintéticas. A partir del gas natural se obtienen materias primas de base en la
industria petroquímica (etileno, butadieno y propileno).
Comercialización del Gas Natural
Es una de las energías primarias de utilización más reciente, puesto que hasta la
segunda década del siglo XX no comenzó su comercialización en los Estados
Unidos, país pionero en su producción y consumo, no extendiéndose su empleo a
Europa Occidental hasta después de la Segunda Guerra Mundial.
La demora en la utilización comercial del gas natural respecto al petróleo se

explica básicamente por la existencia de importantes problemas técnicos en su
transporte y distribución, que frenaron su empleo hasta bien entrado el siglo
actual.
Europa, por el contrario, permaneció totalmente al margen del empleo del gas
natural hasta la segunda mitad de siglo. Varias causas explican este retraso, en
primer lugar, la carencia de producción propia, que se mantiene hasta la segunda
posguerra; en segundo lugar, la imposibilidad del transporte intercontinental del
gas por medios marítimos; en tercer lugar, porque el papel del gas natural en el
consumo doméstico y en otros usos comerciales lo desempeñara durante casi
cien años, el gas manufacturado obtenido de la destilación de carbones, en
general abundantes en casi todos los países europeos.
La importancia que adquiere el petróleo a partir de la Segunda Guerra Mundial

propiciara una gran oleada de prospecciones en suelo europeo, con resultados
mucho más brillantes en lo que se refiere al descubrimiento de bolsas de gas que
en lo relativo a crudos de petróleo.
275
AUTOEVALAUCION UNIDAD 2.
1. En la fabricación de aceites comestibles, ¿Cuál operación unitaria principal se debe

emplear para obtener el aceite de las semillas básicas como el maíz o el girasol?
A. Destilación fraccionada.
B. Extracción liquido-liquido.
C. Lixiviación.
D. Liofilización.
2. El diagrama de flujo de un proceso es:
A. Aquel donde los bloques muestran las entradas y salidas necesarias.
B. Aquel donde se muestra cada equipo del proceso.
C. Aquel donde va cada pasó del proceso en secuencia.
D. Aquel donde se muestran los pasos y decisiones a tomar en el proceso.
3. El principio que utiliza la destilación para separar 2 o más sustancias de una

mezcla liquida es:
A. Diferencia de tamaño de partícula.
B. Diferencia de energía de activación.
C. Diferencia de presiones de vapor.
D. Diferencia de densidades.
4. La producción industrial de Acido Sulfúrico debe tener siempre en cuenta para el buen
mantenimiento y operación óptima de la planta :
A. La temperatura del proceso y los materiales de los equipos.
B. El grado de oxidación del azufre que sirve de materia prima.
C. El volumen de contacto agua con el gas dentro del reactor.
D. Únicamente el material de los equipos y la calidad del oxigeno de proceso.
276
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278

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Escuela de Ciencias Basicas, Tecnologias e Ingenierias

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA

332569 – PROCESOS QUIMICOS

ING. WILLIAM EDUARDO MOSQUERA LAVERDE

UNIDAD 1. CONCEPTOS BASICOS Y OPERACIONES CON FLUIDOS

Capitulo 2. CONCEPTOS FUNDAMENTALES

Lección 6. El sistema de unidades

Capitulo 3. OPERACIONES UNITARIAS CON FLUIDOS

UNIDAD 2 OPERACIONES CON SOLIDOS Y FENOMENOS DE

CAPITULO 4. OPERACIONES UNITARIAS CON SOLIDOS

CAPITULO 5. FENOMENOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR.

Lección 24. Aplicación de las operaciones de transferencia de calor procesos

LISTADO DE GRÁFICOS Y FIGURAS

ASPECTOS DE PROPIEDAD INTELECTUAL Y VERSIONAMIENTO

El contenido didáctico del curso académico: Procesos químicos fue

El contenido didáctico ha tenido dos actualizaciones: las dos desarrolladas

La version del contenido didáctico que actualmente se presenta tiene como

La Dra. Nubia Salazar, tutora del CEAD Duitama, apoyó el proceso de

El modulo de procesos químicos esta desarrollado con el fin que el estudiante de

En la segunda unidad se estudiaran cuatro temáticas esenciales en los procesos

Nombre de la Unidad Conceptos Básicos y Operaciones con

Denominación de Lección 2 Diseño de un producto químico

Nombre de la Unidad OPERACIONES CON SOLIDOS Y

Denominación de Lección 18 Separaciones mecánicas

UNIDAD 1. Conceptos Básicos y Operaciones con fluidos

Esta unidad desarrollará, las bases necesarias y recopilación de información para

- Observar algunos procesos químicos donde se operen fluidos.

El estudiante después de estudiar la unidad deberá ser competente en los

En este capítulo el estudiante desarrollará los temas concernientes a conocer un

- Clasificación de las operaciones unitarias.

- Procesos fundamentales de transporte.

- Diseño básico de un proceso productivo.

Lección 1. Definición de proceso químico

Para llegar a definición de proceso primero debemos entender que en nuestro

Figura 1. Relación de procesos naturales y artificiales.

Se distinguen dos tipos de procesos:

- procesos NATURALES: Aquellos que no tienen la intervención del hombre, como

segundo la preparación de intermedios y tercero y último los productos terminados

Los productos químicos básicos: son aquellos que se emplean para la

Según lo anterior el concepto general de proceso se refiere a una transformación

Figura 2. Proceso químico básico

Las entradas es lo que generalmente se denominan las materias primas que se

Las salidas es donde se tiene el producto terminado o intermedio según donde se

Figura 3. Proceso químico general.

Como se puede ver en la figura 3. Los tres pasos básicos se expanden

Lección 2. Diseño de un producto químico

Para la elaboración de un producto o proceso químico es necesario conocer las

Figura 4. Etapas de diseño de un producto químico.

IDEA DE PRODUCTO: En esta fase se concibe la idea de acuerdo a las

estado de agregación,…), además del estudio de viabilidad económica de todo el

Figura 5. Factores de influyen en un proceso.

Según lo mencionado anteriormente para el desarrollo de un proceso químico a

Los factores físico-químicos se concretan en la aplicación de las ciencias básicas

El principio fundamental en un sistema de economía de mercado es el factor de

El factor medioambiental interviene en cuanto al cumplimiento de las normativas

Finalmente existen una serie de factores sociales también importantes a la hora de

Resumiendo, el desarrollo de cualquier proceso químico implica:

Figura 6. Requerimientos de un proceso químico.