Las operaciones unitarias son las partes individuales que conforman un proceso cuyo objetivo es provocar un cambio físico en un materia prima. Los cambios se inducen modificando la cantidad de masa, calor y/o momento de la materia prima.
El estudio de los fenómenos de transporte (masa, calor y momento) en las operaciones unitarias es de gran importancia ya que, ademas de comprender los fundamentos de las operaciones, es posible diseñar, controlar y optimizar los procesos que las involucran.
Durante las actividades cotidianas se pueden identificar muchas operaciones unitarias y por consiguiente, los fenómenos de transporte involucrados en cada una de ellas. Cabe mencionar que debido a la simplicidad (tamaño pequeño, bajo consumo de energía, gran rapidez, etc.) de estas actividades no se contemplan todos los factores involucrados en cada operación ni se realizan cálculos complejos para describir los procesos como lo haría un ingeniero o como se tendría que realizar en un proceso industrial, no obstante, el diseño, control y optimización suele efectuarse de forma empírica.
En las presentes lineas se enunciarán algunas de las operaciones unitarias presentes en la vida cotidiana que son mas fáciles de identificar, haciendo énfasis en los fenómenos de transporte que involucran.
Una actividad frecuente (quizá la mas común) es el calentamiento, el cual es una operación unitaria en la que básicamente se transfiere calor de un lugar a otro (particularmente de un cuerpo a otro) para elevar su temperatura. Por ejemplo, al calentar los alimentos (que tal una taza de leche caliente para desayunar) y el agua para la ducha. La transferencia de calor también puede ser aprovechada en su forma "inversa", es decir, para enfriar (que es un calentamiento, pero de algo que no es de interés). El ejemplo que viene de inmediato a la mente es la refrigeración, efectuada en un refrigerador, aparato indispensable para conservar nuestros alimentos al enfriarlos (en realidad se calienta un fluido refrigerante con el calor que le proporcionan los alimentos), o que tal una bebida refrescante con un par de hielos para enfriarla (lo que se calienta son los hielos con el calor que le transfiere la bebida). Así mismo, el calentamiento (y la transferencia de calor) es una operación que suele acompañar a otras operaciones, como se menciona en los ejemplos posteriores.
Otra operación unitaria muy recurrente (la favorita de muchos sin darse cuenta) es la lixiviación (también llamada extracción sólido-líquido). En esta operación el fenómeno de transporte predominante es la transferencia de masa y consiste en solubilizar en un líquido un componente presente en un sólido. Esto sucede cuando el sólido se pone en contacto con el líquido. El ejemplo mas suculento que se puede citar es la preparación de café. Para preparar café se pone el grano previamente tostado y triturado (estas dos también son operaciones unitarias) en el filtro de una cafetera y se hace pasar agua caliente (otra vez el calentamiento) a través del grano. Es en este punto en donde el café se solubiliza en el agua, la cual se recolecta en el vaso de la cafetera para luego servirse y endulzarse al gusto. Cabe mencionar que la persona que prepara el café controla algunas variables importantes en el proceso, por ejemplo, selecciona la cantidad de agua o de grano a usar y el tamaño del grano triturado (si lo trituran al momento de comprarlo se puede escoger grueso, regular o fino). Nótese además que se emplea agua caliente, ya que la solubilidad del café (y de muchos otros compuestos) es mayor a temperaturas elevadas. De forma similar se preparan los tés y el agua de jamaica.
Por otra parte, si el café se prepara adicionando los granos triturados a un recipiente con agua hirviendo, después de lixiviar el café habrá la necesidad de separar estos granos (en una cafetera, el filtro contiene los granos evitando que se dispersen en la solución). Esto se consigue mediante la operación unitaria denominada filtración. La filtración se basa en la transferencia de momento y consiste en la retención de las partículas presentes en un fluido por un medio filtrante. En el ejemplo del café, el medio filtrante es la coladera (en la cafetera es el filtro) que retiene a los granos ya lixiviados. En este caso, el líquido fluirá rápidamente (ya que el agua es un fluido con baja viscosidad y los granos triturados son sólidos "duros") a través de la coladera y de los granos triturados, empero no siempre sucede así. Otro uso de la filtración, quizá mas frecuente que el anterior, se presenta cuando se cuela el agua de alguna fruta. Por ejemplo, el agua de piña, la cual después de triturarse en una licuadora se hace pasar a través de una coladera para eliminar las partículas grandes. En este caso los sólidos que quedan retenidos en la coladera son "blandos", por lo que se apelmazan y obstruyen el paso del agua. Para resolver esta dificultad los sólidos suelen eliminarse periódicamente o se remueven en la coladera con una cuchara o propinándole pequeños golpes que desacomodan los sólidos haciendo fluir el agua (se le suministra movimiento).
Otra operación unitaria, que no es muy variada en la vida cotidiana pero si es de gran tamaño, es el secado. El secado involucra dos fenómenos de transporte: la transferencia de masa y la transferencia de calor. En esta operación se elimina humedad de un sólido poniéndolo en contacto con aire. El ejemplo de esta operación es cuando se seca la ropa. Cuando esto se hace de manera clásica, la ropa mojada se cuelga (en los famosos tendederos) poniéndola de esta manera en contacto con el aire atmosférico al cual cede la humedad gradualmente hasta secarse completamente. Muchas veces el calor del sol contribuye al secado, sin embargo, cabe destacar que este proceso se puede efectuar en ausencia del sol y a bajas temperaturas (siempre y cuando no se congele el agua de la ropa) ya que la eliminación del agua es impulsada por la escasa humedad del aire (en ningún momento hierve el agua). Este proceso suele estar acompañado por un descenso en la temperatura del objeto que se esta secando. Este fenómeno también se presenta en el cuerpo humano cuando el sudor se evapora y origina una sensación refrescante, o en las ollas de barro en las que se almacena agua para mantenerla fresca.
Como se ha visto, las operaciones unitarias y fenómenos de transporte, que a golpe de vista parecen complejas y lejanas, se encuentran presentes en muchos procesos de la vida diaria. Si esto sucede en actividades tan comunes como las domésticas, con mayor frecuencia se presentarán en plantas piloto e industriales, en laboratorios y en el ambiente.
Una actividad frecuente (quizá la mas común) es el calentamiento, el cual es una operación unitaria en la que básicamente se transfiere calor de un lugar a otro (particularmente de un cuerpo a otro) para elevar su temperatura. Por ejemplo, al calentar los alimentos (que tal una taza de leche caliente para desayunar) y el agua para la ducha. La transferencia de calor también puede ser aprovechada en su forma "inversa", es decir, para enfriar (que es un calentamiento, pero de algo que no es de interés). El ejemplo que viene de inmediato a la mente es la refrigeración, efectuada en un refrigerador, aparato indispensable para conservar nuestros alimentos al enfriarlos (en realidad se calienta un fluido refrigerante con el calor que le proporcionan los alimentos), o que tal una bebida refrescante con un par de hielos para enfriarla (lo que se calienta son los hielos con el calor que le transfiere la bebida). Así mismo, el calentamiento (y la transferencia de calor) es una operación que suele acompañar a otras operaciones, como se menciona en los ejemplos posteriores.
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| El calentamiento es una actividad muy común en las actividades domésticas. |
Otra operación unitaria muy recurrente (la favorita de muchos sin darse cuenta) es la lixiviación (también llamada extracción sólido-líquido). En esta operación el fenómeno de transporte predominante es la transferencia de masa y consiste en solubilizar en un líquido un componente presente en un sólido. Esto sucede cuando el sólido se pone en contacto con el líquido. El ejemplo mas suculento que se puede citar es la preparación de café. Para preparar café se pone el grano previamente tostado y triturado (estas dos también son operaciones unitarias) en el filtro de una cafetera y se hace pasar agua caliente (otra vez el calentamiento) a través del grano. Es en este punto en donde el café se solubiliza en el agua, la cual se recolecta en el vaso de la cafetera para luego servirse y endulzarse al gusto. Cabe mencionar que la persona que prepara el café controla algunas variables importantes en el proceso, por ejemplo, selecciona la cantidad de agua o de grano a usar y el tamaño del grano triturado (si lo trituran al momento de comprarlo se puede escoger grueso, regular o fino). Nótese además que se emplea agua caliente, ya que la solubilidad del café (y de muchos otros compuestos) es mayor a temperaturas elevadas. De forma similar se preparan los tés y el agua de jamaica.
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| El proceso mediante el cual se prepara el café de grano se denomina lixiviación. |
Por otra parte, si el café se prepara adicionando los granos triturados a un recipiente con agua hirviendo, después de lixiviar el café habrá la necesidad de separar estos granos (en una cafetera, el filtro contiene los granos evitando que se dispersen en la solución). Esto se consigue mediante la operación unitaria denominada filtración. La filtración se basa en la transferencia de momento y consiste en la retención de las partículas presentes en un fluido por un medio filtrante. En el ejemplo del café, el medio filtrante es la coladera (en la cafetera es el filtro) que retiene a los granos ya lixiviados. En este caso, el líquido fluirá rápidamente (ya que el agua es un fluido con baja viscosidad y los granos triturados son sólidos "duros") a través de la coladera y de los granos triturados, empero no siempre sucede así. Otro uso de la filtración, quizá mas frecuente que el anterior, se presenta cuando se cuela el agua de alguna fruta. Por ejemplo, el agua de piña, la cual después de triturarse en una licuadora se hace pasar a través de una coladera para eliminar las partículas grandes. En este caso los sólidos que quedan retenidos en la coladera son "blandos", por lo que se apelmazan y obstruyen el paso del agua. Para resolver esta dificultad los sólidos suelen eliminarse periódicamente o se remueven en la coladera con una cuchara o propinándole pequeños golpes que desacomodan los sólidos haciendo fluir el agua (se le suministra movimiento).
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| Al colar los alimentos se esta efectuando una filtración. |
Otra operación unitaria, que no es muy variada en la vida cotidiana pero si es de gran tamaño, es el secado. El secado involucra dos fenómenos de transporte: la transferencia de masa y la transferencia de calor. En esta operación se elimina humedad de un sólido poniéndolo en contacto con aire. El ejemplo de esta operación es cuando se seca la ropa. Cuando esto se hace de manera clásica, la ropa mojada se cuelga (en los famosos tendederos) poniéndola de esta manera en contacto con el aire atmosférico al cual cede la humedad gradualmente hasta secarse completamente. Muchas veces el calor del sol contribuye al secado, sin embargo, cabe destacar que este proceso se puede efectuar en ausencia del sol y a bajas temperaturas (siempre y cuando no se congele el agua de la ropa) ya que la eliminación del agua es impulsada por la escasa humedad del aire (en ningún momento hierve el agua). Este proceso suele estar acompañado por un descenso en la temperatura del objeto que se esta secando. Este fenómeno también se presenta en el cuerpo humano cuando el sudor se evapora y origina una sensación refrescante, o en las ollas de barro en las que se almacena agua para mantenerla fresca.
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| La eliminación del agua de la ropa se hace mediante la operación de secado. |
Como se ha visto, las operaciones unitarias y fenómenos de transporte, que a golpe de vista parecen complejas y lejanas, se encuentran presentes en muchos procesos de la vida diaria. Si esto sucede en actividades tan comunes como las domésticas, con mayor frecuencia se presentarán en plantas piloto e industriales, en laboratorios y en el ambiente.
