Principios Fundamentales de Procesos de Separación y Transferencia de Calor en Ingeniería

Procesos de Separación y Transferencia de Calor

Ósmosis Inversa

El término de ósmosis inversa se utiliza generalmente para describir procesos en los que las moléculas de soluto son de aproximadamente del mismo tamaño que el disolvente. Como resultado del proceso de ósmosis inversa se obtienen dos flujos:

• Uno donde las sales se concentran, denominado rechazo.
• Otro denominado permeato o agua desmineralizada, que es el que logra pasar a través de la membrana.

Tipos de membranas/configuraciones:

Placa y Marco / Tubulares / Enrollada en Espiral / Fibra Hueca

Aplicaciones principales:

• Ablandamiento del agua
• Producción de agua potable
• Producción de agua procesada
• Producción de agua ultrapura (industrias electrónicas)
• Concentración de solventes moleculares para industrias alimentarias y lácteas

Calefacción y Transferencia de Calor

Calefacción: Es el sistema utilizado, en un ambiente, para calentar el medio y así elevar su temperatura.

Mecanismos de Transferencia de Calor

Existen tres mecanismos fundamentales de transferencia de calor:

1. Conducción: Es el mecanismo de transferencia de calor en donde se intercambia directamente energía molecular desde la sustancia más caliente a la más fría.
2. Convección: Consiste en la diferencia de temperatura en el interior de un líquido o un gas, en donde se producirá un movimiento del fluido, transfiriendo calor.
3. Radiación: Involucra la transferencia de energía radiante desde una fuente a un recibidor. Cuando la radiación se emite, parte de la energía se absorbe por el recibidor y parte es reflejada por él.

Filtración

Filtración: Es la separación de las partículas sólidas del fluido donde se encuentran, mediante un medio permeable y poroso denominado filtro. Este vídeo es un material docente en formato digital, para asignaturas de experimentación en química, en el que se explica la técnica de la filtración.

Tipos de Filtros

• Filtros por gravedad.
• Filtros a presión.
• Filtros por vacío.

Filtro Nutsche (Nucha)

Es sencillo y generalmente se construye en la misma empresa que lo va a utilizar. Consta de una placa perforada y el agente filtrante se encuentra en un depósito. Puede funcionar escurriendo el agua por gravedad a través del medio filtrante o aplicando aspiración a la parte inferior del medio filtrante.

Liofilización

Liofilización: Proceso que consiste en la deshidratación de una sustancia por sublimación al vacío. Es un proceso utilizado mediante desecación al vacío y a muy bajas temperaturas, empleado principalmente en la industria alimentaria y farmacéutica.

Consiste en sacarle el agua a una sustancia congelada saltándose el paso por el estado líquido. Se congela una solución acuosa y se deja a baja temperatura, impidiendo los cambios químicos de deterioro. Se somete a un alto vacío que hace pasar al estado sólido a gaseoso, sin pasar por estado líquido.

La liofilización implica congelar el alimento e introducirlo en una cámara de vacío para que se remueva el agua por sublimación. Mediante diversos ciclos de congelación-evaporación se consigue eliminar prácticamente la totalidad del agua libre contenida en el producto original.

Componentes y Etapas

• Filtrador Convencional: El vacío se logra por la combinación de bombas extractoras de aire y trampas frías que operan a -40 o -50 °C.
• Etapas: Sublimación o desecación primaria, Desecación Secundaria, Almacenamiento (ventana de anaquel = fecha de vencimiento).

Evaporación

Evaporación: Es un cambio de fase, de estado líquido a gas, debido a la energía cinética de las moléculas.

Objetivos y Factores

Objetivos principales:

• Concentrar una solución, evaporando parte del solvente.
• Disminuir los costos de almacenamiento, envasado y transporte.
• Reducir la actividad del agua para contribuir a la conservación de los productos alimenticios.

Factores que influyen:

• Superficie expuesta.
• Calentamiento.
• Presión.

El método general para aumentar la evaporación por kilogramo de vapor de agua utilizando una serie de evaporadores entre el suministro de vapor vivo y el condensador recibe el nombre de evaporación en múltiple efecto.

Intercambio Iónico

Intercambio Iónico: También conocido como deionización. Es un proceso por el cual ciertos iones no deseados son cambiados por otros iones deseados que están unidos a las partículas de una resina.

Normalmente, los iones hidrógeno de la resina se cambian por los cationes y los iones hidroxilo de la resina se cambian por los aniones. Los iones hidrógeno e hidroxilo se combinan, formando agua pura.

Tipos de iones:

• Orgánicos
• Inorgánicos

Propiedades de las Resinas

• Capacidad de intercambio: Se define como la cantidad de iones que una resina puede intercambiar en determinadas condiciones experimentales.
• Capacidad específica teórica: Se denomina así al número máximo de sitios activos del intercambiador por gramo.
• Selectividad: Propiedad de los intercambiadores iónicos por la que un intercambiador muestra mayor afinidad por un ión que por otro.

Destilación

Destilación: Proceso que consiste en calentar un líquido hasta que sus componentes más volátiles pasan a la fase de vapor, y a continuación enfriar el vapor para recuperar dichos componentes en forma líquida por medio de la condensación.

Se basa en la producción de vapor mediante la ebullición de la mezcla líquida que se desea separar y condensación de los vapores sin permitir que el líquido retorne al calderín.

Se basa en el retorno de una parte del condensado a la columna, en unas condiciones tales que el líquido que retorna se pone en íntimo contacto con los vapores que ascienden hacia el condensador.