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FACULTAD DE TECNOLOGIA

QUIMICA INDUSTRIAL

VISITA INDUSTRIAL (INAL LTDA HELADOS PANDA) 1. OBJETIVO GENERAL 

Conocer el proceso y la intervención de las operaciones unitarias.

2. OBJETIVO ESPECIFICOS  

Analizar y comprender los diferentes procesos realizado en la fábrica. Realizar el estudio de las operaciones unitarias empleadas en cada sector de la industria.

3. FUNDAMENTO TEORICO 

torres de enfriamiento

Las torres de enfriamiento es una instalación que extrae calor del agua mediante avaporacion o conducción. Tienen como finalidad enfriar una corriente de agua por vaporización parcial de esta con el consiguiente intercambio de calor sensible de una corriente de aire seco y frio que sircula por el mismo aparato. Funcionamiento de la torre de enfriamiento En las torres de enfriamiento se consigue disminuir la temperatura del agua caliente que proviene de un circuito de refrigeración mediante la trasferencia de calor y material al aire que circula por el interior de la torre. El agua entra en la torre por la parte superior y e distribuye uniformemente sobre el relleno utilizando pulverizadores. De esta forma, se consigue un contacto óptimo entre el agua y el aire atmosférico. Torres por tiro forzado En estas se utilizan ventiladores para producir la circulación del aire. Si el ventilador está situado en la parte superior de la torre se denomina de “tiro inducido” y si está en el fondo “de tiro forzado”.

OPERACIONES UNITARIAS

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BANCO DE HIELO

Un banco de hielo se encarga de recibir y acumular hielo que será utilizado en procesos de enfriamiento. El agua en el banco de hielo debe estar de -2 a-3 ºC Lo que hace el banco de hielo es acumular frío durante el tiempo que el proceso industrial no requiere de agua fría. Una vez que ha acumulado el frío se forma hielo para que, cuando se necesite, una bomba de agua haga recircular el agua fría y permita combatir las altas temperaturas. En términos generales, los bancos de hielo tienen dos formas de operar: 1. Un fluido refrigerante circula dentro de la tubería de flujo de agua, al reducir la temperatura se forma hielo en las paredes exteriores de los tubos.

Una vez que se activa la bomba del agua para que esta fluya por la tubería se produce un choque térmico, la temperatura comparativamente más alta del agua que fluye provoca el derretimiento del hielo formado OPERACIONES UNITARIAS

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en las paredes exteriores, lo que da como resultado el enfriamiento del agua. 2. En esta opción el agente refrigerante permanece estático y no se produce el derretimiento del hielo ni el proceso de enfriamiento hasta que el agua comienza a circular por la tubería. Fase de enfriamiento o de fusión: En el fondo del tanque se instala un circuito para la distribución del agua procedente de consumo, con el fin de para garantizar una fusión regular del hielo acumulado. Adicionalmente hay otra red de conductor para el aire de agitación con la misión de provocar fuerte turbulencia en el tanque. Con ello se consigue aumentar la transferencia de calor y bajas temperaturas del agua helada en la salida hacia consumo. La agitación del aire funciona solamente cuando se requiere. Se asegura la máxima potencia de extracción a bajas temperaturas gracias a la casi constante superficie exterior del hielo prácticamente hasta el final de su total fusión. 

CALDEROS

Una caldera es una máquina que está diseñada parar generar vapor saturado, a través de una trasferencia de vapor a presión constate, en el cual el fluido originalmente en estado líquido se calienta y cambia de estado. Las calderas son un caso particular de intercambiadores de calor en las cuales se produce un cambio de fase.

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CLASIFICACION DE LOS CALDEROS A) Por la disposición de los fluidos -de tubos de agua (acuatubulares)

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CLASIFICACION DE LOS CALDEROS a) Por la disposición de los fluidos -de tubos de agua (acuotubulares) -de tubos de humo (pirotubulares). b) por la circulación de agua -circulación natural -circulación forzada c) por el combustible empleado -de carbón mineral -de combustible liquido -de combustible gaseoso

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e) por la presión de trabajo -subcritico De baja presión p< 20 Kg/cm2 De alta presión p>64 Kg/cm 

COMPRESOR

Un compresor es una máquina de fluido que está construida para aumentar la presión y desplazar cierto tipo de fluidos llamados compresibles, tal como gases y los vapores. Esto se realiza a través de un intercambio de energía entre la máquina y el fluido en el cual el trabajo ejercido por el compresor es transferido a la sustancia que pasa por él convirtiéndose en energía de flujo, aumentando su presión y energía cinética impulsándola a fluir. Al igual que las bombas, los compresores también desplazan fluidos, pero a diferencia de las primeras que son máquinas hidráulicas, éstos son máquinas térmicas, ya que su fluido de trabajo es compresible, sufre un cambio apreciable de densidad y, generalmente, también de temperatura; a diferencia de los ventiladores y los sopladores, los cuales impulsan fluidos compresibles, pero no aumentan su presión, densidad o temperatura de manera considerable.

El compresor toma aire de la atmósfera, lo comprimen para realizar un trabajo y lo regresan para ser reutilizado. El aire comprimido posee una gran energía potencial, ya que si eliminamos la presión exterior, se expandirá rápidamente. El control de esta fuerza expansiva proporciona la fuerza motriz de muchas. 

Agua de proceso

Es someter al líquido a una serie procedimientos, que en el ámbito de la ingeniería de procesos se denominan operaciones y procesos unitarios, los

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cuales permiten modificar las características físicas, químicas y biológicas, para llevarlas a un estándar de calidad. Pozo profundo de agua Para una perforación se debe tomar en cuenta el estudio geofísico Este consiste en evaluar las características geo hidrológicas del subsuelo, la finalidad especifica del estudio consiste en determinar las posibilidades de explotación del agua del subsuelo, por medio de un pozo profundo con base en lo anterior, localizar el mejor sitio para llevar a cabo la perforación de dicho pozo, proponiendo la profundidad y los diámetros a los cuales deberán programarse la obra. Para esto se utilizara TUBERIA ranurada que es la permite el paso del agua hacia la construcción del pozo profundo de agua generalmente se utilizan diámetros entre 8’’ a 14’’ de diámetro. Equipo de bombeo En los aforos se emplean tradicionalmente bombas tipo turbina y más recientemente bombas tipo sumergibles siempre y cuando sean capaces de alcanzar diversidad en sus velocidades, por lo general entre 900 R.P.M. y 2000 R.P.M. Para la turbina; 2800 R.P.M. y 3500 R.P.M. para los sumergibles la columna debe tener la longitud necesaria para que la bomba no succione aire al abatirse el nivel dinámico. Además de la bomba se debe contar con un tacómetro de contacto, una sonda, preferentemente eléctrica, con cable suficiente, y un dispositivo de medición de caudal entre otros. Procesos de Purificación de Agua El agua es extraída desde un pozo profundo y llega al tanque de retención. 1.

El agua se mantiene en el tanque clorada, después pasa por el proceso

de purificación. 2.

El primer filtro por donde pasa el agua es el Filtro de grava y arena (1):

este se encarga de reducir la velocidad del agua y la distribuye uniformemente para ir capturando y eliminando todos gérmenes vivos y contaminantes

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orgánicos e inorgánicos el agua sigue pasando por los tubos de descarga ya filtrada para pasar al siguiente filtro. En las cargas del filtro de grava y arena se quedan todos los contaminantes retenidos ya que esta es su función, para mantenerse limpios los tanques se retrolavan cada cierto tiempo para seguir teniendo capacidad de filtración tomando en cuenta que las cargas también se desgastan pues tienen un periodo de vida después del cual se tienen que cambiar las cargas. 3. El segundo tanque es el de Carbón Activado (2): este se encarga de eliminar el cloro libre contenido en el agua, elimina herbicidas y pesticidas, desodoriza todo tipo de olores orgánicos e inorgánicos y continúa eliminando contaminantes y rastros de hidrocarburo que se puedan encontrar también ayuda a la decloración del agua para conseguir un agua incolora. Y elimina el mal sabor del agua y luego la envía al siguiente filtro. 4. El tercer paso son los Filtros Suavizadores (3): que se encargan de eliminar sales y minerales elevadas haciendo el agua más suave y ligera permitiendo así que el agua se digiera más fácil. 5. El siguiente es el Filtro Pulidor (4) que se encarga de complementar el tratamiento reteniendo cualquier clase de substancia que haya quedado en el agua

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 La pasteurización

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Las pasteurización consiste en el tratamiento térmico de medios (normalmente fluidos alimentarios) para la eliminación de las bacterias que contienen. Dicho proceso de pasteurización se puede realizar con intercambiadores de calor de placas de varias secciones así como intercambiadores tubulares. Las ventajas de realizar el proceso de pasteurización con intercambiadores de calor de placas residen en:

- Menor inversión inicial

- Menor consumo de auxiliares (vapor, glicol, etc.)

- Menor espacio necesario para la instalación

Los fluidos alimentarios sobre los que realiza el proceso de pasterización son muy variados, destacando: Leche y todo tipo de productos lácteos, cerveza, todo tipo de zumos - naranja, manzana, pera, tomate, bebidas carbonatadas, etc. - a 143ºC).

En ambos casos (pasteurización - esterilización) se emplean intercambiadores de calor de placas de varias secciones, destacando siempre el uso de secciones regenerativas o recuperadores de calor (el fluido frio se precalienta con el saliente ya pasteurizado) donde se pueden llegar a alcanzar eficiencias térmicas de hasta el 97 % Proceso de pasteurización: Existen tres tipos de procesos bien diferenciados: pasteurización VAT o lenta, pasteurización

a

altas

temperaturas

(HTST, High Temperature/Short Time)

y

durante proceso

un a

breve

altas

período

temperaturas

(UHT, Ultra-HighTemperature).

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Proceso VAT Fue el primer método de pasteurización, aunque la industria alimentaria lo ha ido renovando por otros sistemas más eficaces. El proceso consiste en calentar grandes cantidades de leche en un recipiente estanco a 63 °C durante 30 minutos, para luego dejar enfriar lentamente. Debe pasar mucho tiempo para continuar con el proceso de envasado del producto, a veces más de 24 horas. Proceso HTST Este método es el empleado en los líquidos a granel, como la leche, los zumos de fruta, la cerveza, etc. Por regla general, es el más conveniente, ya que expone al alimento a altas temperaturas durante un período breve y además se necesita poco equipamiento industrial para poder realizarlo, reduciendo de esta manera los costes de mantenimiento de equipos. Entre las desventajas del proceso está la necesidad de contar con personal altamente cualificado para la realización de este trabajo, que necesita controles estrictos durante todo el proceso de producción. Existen dos métodos distintos bajo la categoría de pasteurización HTST: en "batch" (o lotes) y en "flujo continuo". Para ambos métodos la temperatura es la misma (72 °C durante 15 segundos). 

En el proceso "batch" una gran cantidad de leche se calienta en un recipiente estanco (autoclave industrial). Es un método empleado hoy en día sobre todo por los pequeños productores debido a que es un proceso más sencillo.



En el proceso de "flujo continuo", el alimento se hace circular entre dos placas de metal, también denominadas intercambiador de calor de placas o de forma tubular (PHE).9 Este método es el más aplicado por la industria alimentaria a gran escala, ya que permite realizar la pasteurización de grandes cantidades de alimento en relativamente poco tiempo.

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Esquema de un intercambiador de calor de placas, común en el calentamiento y enfriamiento de líquidos alimentarios. Proceso UHT El proceso UHT es de flujo continuo y mantiene la leche a una temperatura superior más alta que la empleada en el proceso HTST, y puede rondar los 138 °C durante un período de al menos dos segundos.

Debido a este muy breve periodo de exposición, se produce una mínima degradación del alimento. La leche cuando se etiqueta como "pasteurizada" generalmente se ha tratado con el proceso HTST, mientras que la leche etiquetada como "ultra pasteurizada" o simplemente "UHT", se debe entender que ha sido tratada por el método UHT. 

Intercambiador de calor

Un intercambiador de calor es un dispositivo diseñado para transferir calor entre dos medios, que estén separados por una barrera o que se encuentren en contacto.

Los mecanismos básicos de transferencia de calor son: conducción convección y radiación, en la industria lechera los mecanismos más utilizados son de

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convección y de conducción en donde intervienen las operaciones de calentamiento y enfriamiento. Son parte esencial en los dispositivos de calefacción, refrigeración o acondicionamiento de aire, producción de energía y procesamiento. Categorías: 

Regeneradores.- Son intercambiadores donde un fluido caliente fluye a través del mismo espacio seguido de un frio en forma alternada, con tan poca mezcla física como sea posible entre las dos corrientes. La superficie, que alternativamente recibe y luego libera la energía térmica, es muy importante en este dispositivo.



Intercambiadores de tipo abierto.- son dispositivos en la que las corrientes de fluido de entrada fluye hacia una cámara abierta y ocurre una mezcla física completa de las corrientes, las corrientes caliente y fría que entran por separado a este intercambiador salen mezcladas en una sola.



Intercambiadores de los tipos cerrados o recuperadores.- son aquellos en los cuales ocurre una transferencia de calor entre dos corrientes fluidas que no se mezclen o tengan contacto entre si. Las corrientes del fluido que están involucradas en esa forma están separadas entre sí por unas pare de tubo, o por cualquier otra superficie que por estar involucrada en el camino de la transferencia de calor

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Operaciones:  Transferencia de calor  Gradiente de temperatura 

Homogenizador

En la elaboración de alimentos la homogenización se define como la mezcla y el refinamiento de los líquidos de alimentación bajo una acción de presión, de un impacto fuerte y de la expansión provocada por la pérdida de presión subsecuente. De esta materia el material líquido se puede mezclar de una manera más uniforme.

Por ejemplo en la elaboración d productos lácteos, la leche podría ser más blanca cuando las partículas de grasa que han colisionado dentro del homogeneizador hacia tamaños más pequeños.(de 6 micras a 2.5 micras o 3 micras) A través de la homogenización de la leche, los gránulos de grasa en estas se estallan en tamaños más pequeños. La leche homogenizada es fácil de digerirse y absorber. Ventajas:

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

Se puede notar que existe una gruesa capa de mantequilla flotando en

 

la superficie de la leche producida por las compañías regulares. Este efecto se consigue mediante la homogenización De la leche A través de esta los glóbulos de grasa en la leche pueden ser rotos en tamaños más pequeños, las partículas de caseína se hacen más



pequeñas, estos disminuirá la formación de nata. La leche homogenizada podría ser menos cremosa pero más nutritiva y

deliciosa.  Helados sherbet o sorbete

El sorbete (a veces denominado también como sorbeto) es un postre helado, que se diferencia del helado por no contener ingredientes grasos, además de no incluir yema de huevo. Por esta razón su textura resulta menos firme, más líquida y menos cremosa que el helado.  Extracción por arrastre de vapor La extracción por arrastre de vapor

de agua

es uno de los

principales

procesos utilizados para la extracción de aceites esenciales.

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Los aceites esenciales

están constituidos

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químicamente

por terpenoides

(mono terpenos, sequiterpenos) y fenilpropanoides compuestos que son volátiles y por lo tanto arrastrables por vapor de agua. 4. OPERACIONES UNITARIAS

PROCESO Banco de hielo

OPERACIONES UNITARIAS  Ciclo de Carnot invertido

Intercambiador

de

calor

( Contraflujo) Como se ilustra en la figura se presenta un contra flujo cuando los dos fluidos fluyen en la misma dirección pero en sentido opuesto. Cada uno de los fluidos entra al intercambiador

por

diferentes

extremos Ya que el fluido con menor temperatura sale en contra flujo del intercambiador de calor en el extremo donde entra el fluido con

mayor

temperatura,

la

temperatura del fluido más frío se aproximará a la temperatura del fluido de entrada. Este tipo de intercambiador

resulta

ser

más

eficiente que los otros dos tipos mencionados

anteriormente.

En

contraste con el intercambiador de calor

de

flujo

intercambiador

de

paralelo, contra

el flujo

puede presentar la temperatura más alta en el fluido frío y la más OPERACIONES UNITARIAS

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baja

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temperatura

caliente

una

transferencia

vez de

en

el

fluido

realizada calor

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en

la el

intercambiador compresora Agua de proceso

Energía potencial  Fluidos.  calculo de capacidad de la 

bomba sumergible calculo de diámetros

de

tubería. Intercambiadores de calor   Pasteurización

Transferencia de calor Gradiente de temperatura

 Intercambiador

de

calor de

placas

5. CONCLUCIONES  Se llegó a conocer las operaciones unitarias y otros métodos dentro de los procesos que se encuentran en la industrial  Los procesos unitarios identificados en la industria son: • Transferencia de calor • Gradiente de temperatura • Intercambiador de calor de placas • Fluidos. • calculo de capacidad de la bomba sumergible • calculo de diámetros de tubería. • Ciclo de Carnot invertido Entre otros se encontraron balance de masa, etc 6. BIBLIGRAFIA  transferencia de calor Holman  mecánica de fluidos Roberth Mott OPERACIONES UNITARIAS

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 Shames, I. H., Mecánica de los fluidos. Ed. del Castillo, S.A., 1970.  Pérez Carrión, J. M. y Vargas, L. El agua. Calidad y tratamiento para Consumo humano. Manual I, Serie Filtración Rápida. Programa Regional HPE/CEPIS/OPS de Mejoramiento de la Calidad del Agua.  UAEM. "Programas de estudio y manuales de prácticas de química" Ed. UAEM México (1996).

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