Podcast Mónica Tanori Noriega

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Introducción

        Bien es sabido que los procesos (incluyendo operaciones) unitarias son una rama y/o tema de la ingeniería química, dado que son base para desarrollarse en otros campos, tales como la ingeniería industrial, Minera, Ambiental, Orgánica, entre otras. Los procesos unitarios pueden sonar como un concepto poco complicado, sin embargo, estos procesos los observamos día con día en diferentes ámbitos. El presente trabajo tiene como finalidad la de explicar con claridad y dar a entender que son los procesos unitarios y su propósito, así como también para una mejor comprensión se plantean varios ejemplos del mismo, y como estos se involucran en algunas de la acciones que se realizan en la industrias y/o empresas para generar productos que utilizamos de alguna u otra forma. Cabe mencionar que solo se da una pequeña introducción a lo que son los procesos unitarios, pues el tema es tan extenso y exhaustivo que se requiere de más contenido para tal fin.

Contenido

Los procesos unitarios son métodos de tratamiento en los cuales los cambios químicos que ocurren en una reacción de un reactivo a un producto.

La solución de casi cualquier problema de ingeniería química, que involucra una operación o un proceso unitario incluye los siguientes pasos:

1.    Realizar el balance de materia para calcular las masas de reactivos y productos.

2.    Realizar el balance de energía para encontrar todas las interacciones energéticas del proceso, fundamentalmente calor y trabajo. Algunas veces es necesario resolver los balances de materia y energía de manera combinada.

3.    Calcular las velocidades de reacción y de transferencia de masa, de lo cual se ocupa la cinética química y los fenómenos de transporte.

Existen distintos procesos unitarios, por mencionar algunos ejemplos se encuentran:

Saponificación, sulfhidración, caustificación, hidrogenación, precipitación, electrólisis, halogenación, polimerización, reducción, sulfonación, nitración, alquiolacion, disolución, entre otros.

     Nosotros nos enfocaremos en tres tipos de procesos unitarios para explicarlos mejor y dar ejemplos de los mismos, los cuales serán Oxidación, Combustión y Fermentación.

➱ Oxidación: La oxidación es la operación de introducir oxígeno en un cuerpo de manera que forme parte de su constitución íntima, tal sería el agua (H2O) agregar un átomo de oxígeno y formar agua oxigenada ( H2O2) también llamada peróxido de hidrógeno o dióxido de hidrógeno; en otras palabras, es una reacción química donde un metal o un no metal cede electrones, y por tanto aumenta su estado de oxidación. La combustión es también un proceso típico de oxidación pues toma el oxígeno del aire para quemar el carbono

Algunos ejemplos de Oxidación son:

➢ Constituyen el principio de funcionamiento de las pilas eléctricas.

➢ Refinación electroquímicamente determinados metales.

➢ Protección de los metales contra la corrosión.

➢ En la naturaleza, intervienen en la respiración celular y en la fotosíntesis.

➱ Combustión: Es la reacción química entre un combustible (sustancia que quema) y un comburente, (oxígeno) en la cual generalmente se desprende una gran cantidad de calor y luz (energía calórica), y productos sólidos como cenizas y gases. En toda combustión existe un elemento que arde (combustible) y otro que produce la combustión (comburente), generalmente oxígeno en forma de O2 gaseoso. Entre los compuestos más comunes que producen combustión se encuentran los Hidrocarburos, sustancias formadas por carbón e hidrógeno, que al reaccionar con el oxígeno forman dióxido de carbono y agua (sí la reacción es completa) o monóxido de carbono y agua síes incompleta. En estas reacciones y dependiendo de la composición del combustible, se pueden generar otros productos resultantes de la unión de azufre, sílice, hierro con oxígeno originando otros compuestos altamente contaminantes que van a la atmósfera (aire). El aire es la fuente de oxígeno más económica, (pero tiene nitrógeno y esta forma tres cuartos del aire en volumen) y es el principal componente de la combustión, produciendo menor temperatura que en el caso de realizarse la combustión con oxígeno puro. Teóricamente, en toda combustión se necesita agregar una mínima porción de aire al combustible para completar el proceso. Sin embargo, con una mayor cantidad de aire, la combustión se efectúa con mayor eficacia y aprovechamiento de la energía liberada. Para lograr altas temperaturas puede utilizarse aire rico en oxígeno, o incluso oxígeno puro, como en el caso de la soldadura oxiacetilénica, también se consigue un aumento añadiendo más aire para proporcionar más oxígeno al combustible. Cuando se necesita liberar energía de modo instantáneo, como en el caso de los cohetes, se puede incorporar el oxidante directamente al combustible durante su elaboración.

Ejemplos de Combustión:

➢ Generación de calor.

➢ Calderas de generación de electricidad.

CLASES DE COMBUSTIÓN.

La combustión se puede realizar en forma total, parcial y débil.

Combustión total, los combustibles cuando queman, liberan energía es decir son reacciones exotérmicas, debido a que las moléculas que los constituyen se rompen para formar dióxido de carbono y agua.

Combustión parcial, los combustibles no siempre se queman totalmente, a veces se desprende menos calor del que debería, y se producen productos secundarios como hidrocarburos parcialmente quemados y el gas tóxico monóxido de carbono. Estas sustancias todavía contienen energía que podría desprenderse si se quemaran de nuevo.

Combustión débil, se produce cuando la cantidad de oxígeno es mínima y las sustancias reactantes no alcanzan a oxidarse.

Los combustibles los podemos encontrar en los tres estados sólidos, líquidos y gaseosos:

COMBUSTIBLES SÓLIDOS

Los combustibles sólidos más comunes son: el carbón, el coque, la madera, el bagazo de caña de azúcar y la turba. La combustión de estos materiales produce la descomposición del combustible y la formación de materias volátiles como gas, que arde con una llama tiznosa. Los residuos de sólidos carbónicos arden dependiendo de la difusión de oxígeno en su superficie. Esta combustión requiere de una temperatura entre 400 y 800 °C, que puede conseguirse por la radiación del calor procedente de un objeto o medio de temperatura elevada.

COMBUSTIBLES GASEOSOS

Están formados principalmente por hidrocarburos. Las propiedades de los diferentes gases dependen del número y disposición de los átomos de carbono e hidrógeno de sus moléculas. Todos estos gases son inodoros en estado puro, igual que ocurre con el monóxido de carbono (tóxico) que a veces contienen.

COMBUSTIBLES LÍQUIDOS

Los combustibles líquidos más comunes son los derivados del petróleo mediante la destilación fraccionada como el fuel-oil, la gasolina y las naftas.

➱ Fermentación: La fermentación es aquel proceso en el que ocurren cambios químicos en las sustancias orgánicas producidos por la acción de enzimas, mejor llamadas fermentos, y por organismos diminutos tales como el moho, las bacterias y la levadura. Por ejemplo, la lactasa, un fermento producido por una bacteria que se encuentra generalmente en la leche, hace que ésta se agrie, transformando la lactosa (azúcar de la leche) en ácido láctico. El tipo de fermentación más importante es la fermentación alcohólica, en donde la acción de la simaza segregada por la levadura convierte los azúcares simples, como la glucosa y la fructosa, en alcohol etílico y dióxido de carbono. Hay otros tipos de fermentación que se producen de forma natural, como la formación de ácido butanoico cuando la mantequilla se vuelve rancia, y de ácido etanoico (acético) cuando el vino se convierte en vinagre.

Algunos ejemplos de Fermentación son:

➢ Conversión de la cebada en cerveza.

➢ Carbohidratos en dióxido de carbono para hacer pan.

➢ Vino, quesos, yogurth, tepache, café, cacao, entre otros.

Conclusiones

A lo largo de esta investigación aprendimos que un proceso unitario son todos los cambios químicos que sufre un objeto, material, sustancia. etc. Gracias a estos avances existen distintos ¨procesos¨ para llevar a cabo varias actividades ya sean en la industria o para realizar algún producto de uso personal, pero nosotros nos enfocamos solamente en tres procesos ya que son varios tipos de procesos y queremos dejar en claro cómo es que ocurre cada uno de estos procesos y cómo podemos implementarlos. En conclusión podemos decir que sin la ayuda de estos procesos no podríamos llevar a cabo algunas tareas o encontraríamos otro método para realizarlo, no podemos saberlo, esto nos ha sido muy útil para encontrar distintas formas de energía a parte de la eléctrica gracias a la Combustión o la obtención de vino y queso con la ayuda de la Fermentación, ¿qué haríamos sin la ayuda de estos procesos?.