UNIDAD I-Introduccion a las operaciones unitarias I.docx

ELABORADO POR:ING. HOLMAN MOJICA MARTÍNEZ

UNIDAD IINTRODUCCION A LAS OPERACIONES

UNITARIAS I

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UNIDAD I - INTRODUCCION A LAS OPERACIONES UNITARIAS

El número de los diferentes productos alimenticios, de las operaciones y los procedimientos relacionados con su producción es, en verdad, más grande. Es más: cada fabricante de un producto determinado introduce en los métodos y el equipo innovaciones que difieren de la tecnología tradicional y establecida para ese producto; así, los procesos están en un estado de evolución constantes.

El procesamiento de los alimentos es la selección y combinación de las operaciones unitarias para formar procesos unitarios y procesos totales más complejos:

“ Esto incluye operaciones tan variadas como la cosecha manual y mecánica en el campo, el transporte por camión refrigerado de productos perecederos a través de grandes distancias, el transporte de ganado vivo por carros de ferrocarril, y el traslado neumático de la harina desde los carros de ferrocarril hasta las bodegas de almacenamiento de las panaderías “.

A lo largo de estas operaciones, es preciso realizar con esmero el mantenimiento de condiciones sanitarias, la reducción al mínimo de pérdidas del producto, el mantenimiento de la calidad de las materias primas y la regulación de todos los traslados y entregas a fin de reducir al mínimo el tiempo perdido en demoras que pueden resultar costosas y perjudícales a la calidad del producto...

I. OPERACIONES UNITARIAS

Se llama operación unitaria a una parte indivisible de cualquier proceso de transformación, sea físico, químico o de naturaleza biológica, de una materia prima en otro producto de características diferentes.

Se entiende que los procesos de transformación en general y las operaciones unitarias, en lo particular, tienen como objetivo el modificar las condiciones de una determinada cantidad de materia en forma más útil a nuestros fines.

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.

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Sería prácticamente imposible estudiar el número casi infinito de procesos químicos que se llevan a cabo en la industria diariamente, si no hubiera un punto en común a todos ellos. Afortunadamente, esta conexión existe. Cualquier proceso que se pueda diseñar consta de una serie de operaciones físicas y químicas que, en algunos casos son específicas del proceso considerado, pero en otros, son operaciones comunes e iguales para varios procesos. Generalmente un proceso puede descomponerse en la siguiente secuencia:

Cada una de estas operaciones es una operación unitaria y todo proceso químico conducido en cualquier escala puede descomponerse en una serie de procesos unitarios ordenados, como pulverización, secado, cristalización, filtración, evaporación, destilación... El número de estas operaciones básicas no es muy grande, y generalmente sólo unas cuantas de ellas intervienen en un proceso determinado."

Tienen como objetivo modificar las condiciones de una determinada unidad de masa para conseguir una finalidad. Esta modificación se puede conseguir:

- Modificando su masa o composición.

- Modificando su nivel o cantidad de energía.

- Modificando las condiciones de movimiento: velocidad.

El estado de un cuerpo está absolutamente definido cuando están especificadas la cantidad de materia y composición, cuando conocemos su energía y cuando conocemos las componentes de la velocidad con las que dicho cuerpo está en movimiento.

De este modo para la clasificación de las operaciones unitarias se atiende a la propiedad que predomina en una transformación. En base a ello la clasificación se hace en dos grandes grupos: Operaciones unitarias físicas y Operaciones unitarias químicas.

1. Operaciones unitarias físicas

Materiasprimas

Operaciones físicas de acondicionamiento

Reacciones Químicas

Operaciones fisicas de separación

Productos

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Las operaciones unitarias físicas pueden ser de: Transferencia de materia, Transferencia de energía, Transferencia simultánea de materia y energía, Transferencia de cantidad de movimiento y Complementarias.

La transformación física encontrada en el proceso de alimentos puede ser de diferente tipo, ya sea por equipos o por procesos en los cuales los alimentos sufren cambios en su textura, tamaño, forma, color o dureza.Durante mucho tiempo estos cambios se han registrado y se ha creado una terminología para esto, de la cual veremos algunos términos con sus definiciones a continuación:

Reducción de tamaño: Consiste en someter a los alimentos a fuerzas de diferente naturaleza para reducir su tamaño. Principalmente hay tres tipos de fuerza: compresión (como la que se aplica con el cascanueces), impacto (como la que se aplica con un martillo) y cizalla (como la que se aplica con una tijera). Por ejemplo:

Trituración: es la reducción de tamaño del alimento hasta granos de unos 3 mm. De tamaño.

Molienda: es la reducción de los alimentos hasta polvo fino obteniendo tamaños de partículas inferior a los 3 mm. Operación adecuada en el proceso del café soluble, harina de trigo, azúcar molida, etc.

Despulpado: Es la operación en la que se logra la separación de la pulpa de los demás residuos como las semillas y cáscara. El despulpado puede ser manual o mecánico. En el despulpado manual los frutos son triturados fuertemente con las manos o con la ayuda de utensilios como cuchillos o cucharas, este procedimiento es lento; mientras que en el mecánico se utilizan equipos más sofisticados que aceleran este proceso.

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Tamizado: Es un método físico para separar mezclas. Consiste en hacer pasar una mezcla de partículas sólidas de diferentes tamaños por un tamiz o colador. Las partículas de menor tamaño pasan por los poros del tamiz atravesándolo y las grandes quedan retenidas por el mismo.Es un método muy sencillo utilizado generalmente en mezclas de sólidos heterogéneos, como piedras y arena, en la cual la arena atravesará el tamiz y las piedras quedaran retenidas. Los orificios del tamiz suelen ser de diferentes tamaños y se utilizan de acuerdo al tamaño de las partículas que contenga la mezcla.

Sedimentación: es el proceso por el cual el material sólido, transportado por una corriente, se deposita en el fondo de un dispositivo construido especialmente para tal fin. Toda corriente liquida, caracterizada por su caudal, tirante de agua, velocidad y forma de la sección tiene una capacidad de transportar material sólido en suspensión. El cambio de alguna de estas características de la corriente puede hacer que el material

transportado se sedimente; o el material existente en el fondo.

Filtración: es una operación unitaria de separación, por la cual se hace pasar una mezcla de sólidos y fluidos, gas o líquido, a través de un medio poroso o medio filtrante que puede formar parte de un dispositivo denominado filtro, donde se retiene de la mayor parte de él o de los componentes sólidos de la mezcla.

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Cristalización: Es el proceso por el cual se forma un sólido cristalino, ya sea a partir de un gas, un líquido o una disolución. La cristalización es un proceso que se emplea en química con bastante frecuencia para purificar una sustancia sólida. En alimentos sólidos o de viscosidad elevada el tamaño de los cristales varía en una zona u otra del alimento. En las zonas periféricas los cristales se forman rápidamente y son de pequeño tamaño, mientras que en el interior la transferencia de calor es más difícil y los cristales crecen más lentamente alcanzando un mayor tamaño.

Evaporación: La disminución del contenido de agua en los alimentos aumenta su vida útil por lo que se podrán conservar en perfectas condiciones durante un mayor periodo de tiempo, Para ello se emplean diversos métodos como la evaporación, secado, crioconcentración o liofilización.

El agua es el principal componente de la mayoría de los alimentos no procesados mientras que en los procesados se reduce para conseguir, como ya hemos dicho, aumentar la conservabilidad de los mismos.En el medio acuoso se dan la práctica totalidad de las reacciones químicas de deterioro que tienen lugar en los alimentos. El agua, por otra parte, contribuye a la apetencia del alimento por lo que es necesaria su existencia.

Destilación: La destilación es un proceso que consiste separar los distintos componentes de una mezcla mediante el calor. Para ello que se calienta esa sustancia, normalmente en estado líquido, para que sus componentes más volátiles pasen a estado gaseoso o de vapor y a continuación volver esos componentes al estado líquido mediante condensación por enfriamiento.

El principal objetivo de la destilación es separar los distintos componentes de una mezcla aprovechando para ello sus distintos grados de volatilidad.

En otros sistemas similares como la evaporación o el secado, normalmente el objetivo es obtener el componente menos volátil; el componente más volátil, casi siempre agua, se desecha.

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2. Operaciones unitarias químicas

Tiene por objetivo distribuir de una forma distinta los átomos de una molécula para dar otra, es decir, el paso de los reactivos a los productos. Se da en los reactores químicos; para el diseño de estos se deben estudiar estas características:

- Asegurarnos de que el modo de fluir de los reactivos sea total, para conseguir la mezcla deseada.

- Proporcionar el tiempo de contacto necesario entre las sustancias y el catalizador (si lo hay) hasta lograr la extensión deseada de la reacción.

- Permitir que se adquieran las condiciones de presión, temperatura y composición de modo que la reacción tenga lugar en el modo y la velocidad deseados, para lo cual hay que atender a los aspectos termodinámicos y cinéticos de la reacción.

La fuerza impulsora hay que considerarla en relación al aspecto termodinámico (lo que nos indica el avance de la reacción es G<0). En relación con el aspecto cinético, la velocidad de la reacción química depende de la temperatura y de las concentraciones de los reactivos.

Saponificación: Se entiende por saponificación la reacción que produce la formación de jabones. La principal causa es la disociación de las grasas en un medio alcalino, separándose glicerina y ácidos grasos. Estos últimos se asocian inmediatamente con los álcalis constituyendo las sales sódicas de los ácidos grasos: el jabón. Esta reacción se denomina también desdoblamiento hidrolítico y es una reacción exotérmica.

Fermentación: La fermentación es una descomposición por acción sobre materiales carbohidratos. Este es un proceso catabólico, totalmente anaeróbico (en ausencia de oxigeno), siendo un producto final un compuesto orgánico. Este proceso es en el cual se descomponen sustancias orgánicas complejas en otras simples. El proceso de fermentación es producido por acción de las enzimas, lo cual conlleva cambios químicos en las sustancias orgánicas. Cuando estas se degradan por la acción enzimática, se da lugar a productos sencillos, como por ejemplo el alcohol etílico, vino y elaboración de yogur y cerveza.

Diagramas de flujo de procesos

Definición

Materias primas e Insumos

Proceso Productos o Servicios

Con que? Equipos, instalaciones y tecnología

Quienes? Capacidad, habilidad, conocimiento

Cuánto? Cantidad: masa, volumenConsumo? energía, agua, otros

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Un diagrama de flujo es una representación gráfica de los pasos que seguimos para realizar u proceso, partiendo de una entrada y después de realizar una serie de acciones, llegamos a una salida.

Características de un diagrama de flujo

Presenta información clara, ordenada y concisa de un proceso, está formado por símbolos unidos por flechas, cada símbolo representa una acción específica, las flechas entre los símbolos representan el orden de las realizaciones de las acciones.

Así mismo el diagrama de flujo nos indica donde comienza y termina el proceso, todas las etapas u operaciones unitarias durante un proceso productivo donde se especifican entradas y salidas de los flujos de materiales con las propiedades físicas y químicas de las mismas; proporción y cantidades (kg, toneladas, galones, litros, etc).

Proceso

Es el conjunto de pasos, etapas u operaciones que se realizan de forma secuencial para conseguir elaborar productos o servicios (outputs) a partir de materias primas e insumos determinados (inputs).

Los procesos pueden ser continuos, semi-continuos o discontinuos o por lotes Los procesos continuos son aquellos donde el procesos

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productivo no es interrumpido a lo largo de la línea de producción; lo semi-continuos son aquellos donde hay un corte del flujo del proceso debido a las características de la materia prima, tecnología, equipos o del mismo proceso. Los discontinuos son aquellos que son limitados por las características del proceso mismo, en el cual se espera la obtención de algún producto intermedio, tal es el caso del proceso de fermentación.

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Ejemplo: Diagrama de flujo de selección de frutas

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Diagrama de flujo de una fábrica procesadora de alimentos deshidratados

http://www.monografias.com/trabajos12/diflu/diflu.shtml

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El siguiente diagrama de flujo muestra el proceso de la elaboración de chocolate:Resumen del proceso de transformación de los granos de cacao en chocolate:

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Ejercicio: Realizar el diagrama de flujo del proceso de elaboración del arroz con leche.

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