Operaciones Básicas/Introducción 1

Dentro de un proceso químico, se conocen como operaciones básicas u operaciones unitarias a las etapas de preparación, separación y purificación, donde la materia solo experimenta cambios físicos. Esta denominación también se aplica en procesos puramente físicos o en donde el proceso químico no sea relevante. A escala industrial se llama operación unitaria a cualquier proceso físico de transformación donde puede existir un intercambio de energía del tipo físico, de una materia prima en otro producto de características diferentes.

Las operaciones básicas tienen como objetivo el modificar las condiciones de una determinada cantidad de materia en forma más útil a la reacción. Así como acondicionar el funcionamiento del reactor (lugar donde se produce la reacción química) o los productos.

Esta transformación puede realizarse de distintas formas: modificando la masa o composición del cuerpo primario ya sea mezclándolo, separándolo o haciéndolo reaccionar químicamente; modificando la calidad de la energía que posee el cuerpo en cuestión, ya sea por: enfriamiento, vaporización, aumento de presión; modificando las condiciones relativas a la cinética del cuerpo primario, ya sea aumentando o disminuyendo su velocidad o modificando la dirección que tiene en el espacio.

De hecho, los cambios mencionados son los únicos cambios posibles que un cuerpo puede experimentar. Un cuerpo está absolutamente definido cuando están especificadas:

• la cantidad de materia y su composición;

• la energía total (cualquiera que sea el tipo de energía) de que el cuerpo esté dotado;
• las componentes de dirección y velocidad de que está animado.

Lo descrito está basado experimentalmente y soportado matemáticamente por las leyes de la conservación:

• ley de la conservación de la materia
• ley de la conservación de la energía
• ley de la conservación de la cantidad de movimiento

Clasificación de las Operaciones Básicas

Clasificaciones

Según	Clasificación	Operaciones
La transferencia en la que se fundamenta	Cantidad de momentum	Fluidización, sedimentación, filtración, ósmosis inversa, mezcla, emulsificación, centrifugación y transporte de fluidos.
	Calor	Refrigeración, congelación, evaporación, pasteurización, esterilización, escaldado, secado, crstalización y liofilización.
	Masa	Destilación, extracción, lixiviación, adsorción y ósmosis inversa.
	Manipulación de sólidos	Triturado, tamizado y molienda.
Las fases implicadas	V-L	Destilación, adsorción, humidificación, evaporación, congelación, pasteurización y esterilización.
	V-S	Sublimización, secado, adsorción, intercambio iónico, fluidización y refrigeración.
	L-S	Cristalización, lixiviación, adsorción, sedimentación, centrifugación, filtración y ósmosis inversa.
	L-L	Extracción, mezcla, emulsificación y centrifugación.
Su aplicación	Separación	Destilación, absorción, adsorción, extracción, lixiviación, filtración*, intercambio iónico, evaporación, cristalización, sedimentación, centrifugación y ósmosis inversa.
	Conservación'	Congelación, refrigeración, liofilización, secado, pasteurización y escaldado.

Principios de las O.B

O.B. basadas en el transferencia de cant. de movimiento

• Fluidización. Circulación de un fluido por un lecho de sólidos.
• Impulsión de líquidos. Trasvase mediante mecanismo hidráulico, ya sea mediante vasos comunicantes, bombas u otros elementos.
• Filtración. Separación de un sólido suspendido en líquido por retención en un medio filtrante de menor tamaño de poro que el sólido.
• Ósmosis inversa. Filtración a nivel atómico-molecular haciendo pasar el fluido por una membrana con una presión superior a la osmótica.
• Sedimentación. Separación del sólido por la diferencia de densidades con el disolvente. Entre líquidos se denomina decantación, y entre fases S-L o L-L inmiscibles de densidad parecida por centrifugación.

O.B. basadas en la transferencia de energía

• Refrigeración. Enfriamiento gracias al calor absorbido por un fluido, el cual puede cambiar de estado (L-G) (refrigerante) accionado por un compresor en circuito cerrado.
• Evaporación. Concentración de una disolución por ebullición del disolvente.

O.B. basadas en la transferencia de materia

• Destilación. Separación de mezclas líquidas con diferentes puntos de ebullición al formar dos fases distintas (L-V) en contacto a lo largo del desplazamiento vertical, por el interior de una columna y en sentido inverso de cada una de las corrientes hasta conseguir en cabeza y cola dos composiciones distintas.
• Extracción. Separación de componentes de mezclas líquidas o sólidas por contacto con un disolvente inmiscible con la mezcla y ajeno a ella, capaz de disolver selectivamente.
• Adsorción. Confinamiento de átomos, moléculas o iones de una fase fluida en la superficie de un sólido por fuerzas intermoleculares o enlace.

O.B. basadas en la transferencia de energía y materia

• Secado. Separación de un líquido que impregna un sólido mediante un gas caliente ajeno a él.
• Cristalización. Separación de un sólido de un líquido por contacto con una fase sólida generada a partir de aquella.

Tipos de contacto

Las operaciones básicas se basan en el transporte o intercambio de momento, calor y masa entre fases. Así, del modo en que se propicie el contacto entre ellas dependerán tanto el caudal de transporte como los equipos necesarios.

CONTÍNUO-DISCONTÍNUO / (PERMANENTE-TRANSITORIO) / (ESTACIONARIO-NO ESTACIONARIO)

ESTACIONARIO : En la industria resulta más económico el contínuo, minimizando las alteraciones y paradas. Las variables características de la operación dependen de la posición pero no del tiempo. NO ESTACIONARIO : O por cargas. Es más práctica cuando las condiciones obligan a frecuentes reparaciones o mantenimientos. Las propiedades características dependen de la posición y el tiempo.

El acoplamiento de varias unidades semicontínuas aproximan el conjunto al funcionamiento contínuo (semicontínuo).

PARALELO-CONTRACORRIENTE y (DIRECTO-CONTRAFLUJO)

Se refiere al sentido y dirección del flujo relativo entre las dos fases. ($\upharpoonleft \;\upharpoonright \;-\upharpoonleft \;\downharpoonright$) y ($\rVert$ - $\times$)

SIMPLE-MÚLTIPLE

Sólo en contacto intermitente entre fases. Se hacen fluir en contracorriente a través de una cascada de etapas entrando en contacto solamente en ellas, en cada una de las cuales se mezclan y se separan tras cierto tiempo, dirigiéndose independiéntemente a las dos adyacentes.

DIRECTO-INDIRECTO

Si las fases se tocan o no. [Ej.: intercambiadores de calor]