OPERACIONES UNITARIAS I Ver aquí

UNIVERSIDAD DEL CAUCA
FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS
PROGRAMA INGENIERIA AGROINDUSTRIAL
ASIGNATURA: OPERACIONES UNITARIAS I
CÓDIGO:
CRÉDITOS:
MODALIDAD: TEORICO-PRACTICA
INTENSIDAD: 6 T Y 2 P
REQUISITOS: BALANCE DE MATERIA
Y ENERGIA
DIMENSION: FUNDAMENTAL
INTRODUCCIÓN:
La ingeniería agroindustrial trata de procesos industriales en los que las materias primas
provenientes de los sectores agrícola, pecuario, silvícola, piscícola y forestal se transforman o
separan en productos útiles. El ingeniero agroindustrial tiene que desarrollar, diseñar y llevar a
cabo el proceso, así como el equipo utilizado en el mismo. Tiene que elegir las materias primas
adecuadas y hacer operar las plantas con eficacia, seguridad y economía, teniendo en cuenta
que sus productos han de cumplir las condiciones exigidas por los consumidores. Lo mismo que
la ingeniería en general, la ingeniería agroindustrial es también un arte y una ciencia. El
ingeniero utilizará la ciencia siempre que le permita resolver sus problemas. Sin embargo, en la
mayor parte de los casos, la ciencia no es capaz de proporcionarle una solución completa, y
entonces tendrá que recurrir a la experiencia y a su buen criterio. Su capacidad profesional
depende de esta habilidad para combinar todas las fuentes de información con el fin de obtener
soluciones prácticas a los problemas que se le presenten. Debido a la variedad y complejidad
de los procesos modernos el estudio de la Ingeniería Agroindustrial se divide arbitrariamente en
una serie de sectores adecuados denominados Operaciones Unitarias
OBJETIVO GENERAL
Comprender los fundamentos de las operaciones unitarias más utilizadas en los procesos
agroindustriales, así como el funcionamiento de los equipos involucrados en dichas
operaciones.
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PROGRAMA INGENIERIA AGROINDUSTRIAL
OBJETIVOS ESPECIFICOS:
Comprender el significado de las Operaciones Unitarias y su importancia en la formación del
Ingeniero Agroindustrial
Conocer la importancia de la separación de materiales sólidos particulados por rangos de
tamaños y su relación con su utilización en procesos industriales, usos finales y valor
comercial..
Estudiar la fundamentación teórica de las operaciones de separación mecánica
Seleccionar el equipo apropiado para la mezcla y emulsificación de determinados materiales, de
acuerdo con su consistencia, y explicar su funcionamiento
Resolver problemas de aplicación, selección y diseño de las diferentes Operaciones Unitarias
estudiadas.
METODOLOGÍA:
El curso de Operaciones Unitarias I es teórico práctico. Las actividades se desarrollarán así:
Sesiones teóricas orientadas por el profesor
Exposición y discusión de trabajos bibliográficos que los alumnos investigarán
La parte experimental comprende: sesiones en planta piloto que permitirán al estudiante
visualizar de manera práctica algunas de las operaciones unitarias vistas en la teoría y
capacitarlo en el manejo de los equipos correspondientes
Visitas a agroindustrias
La evaluación se hará mediante quices, talleres, exposiciones, exámenes parciales, examen
final e informe de las prácticas en planta piloto.
CONTENIDO PROGRAMATICO
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UNIDAD I: INTRODUCCION A LAS OPERACIONES UNITARIAS
1.1 Clasificación de las Operaciones Unitarias
Procesos Fundamentales de Transporte
1. Transferencia de Momento Lineal
2. Transferencia de Calor
3. Transferencia de Masa
1.2 Balance Total de masa y ecuación de continuidad
1.3 Balance General de Energía Mecánica en un sistema de Bombeo
1,4 Potencia de Bombas para un sistema de flujo
1.5 Ecuación de Bernoulli
1,6 Gráfico de Moody
1.7 Pérdidas por Fricción en tuberías, expansiones y accesorios
1,8 Tipos de Bombas
1,9 NPSH requerida y disponible
UNIDAD II: PROPIEDADES Y TRATAMIENTO DE PARTICULAS
2.1 Caracterización de partículas sólidas
2.2 Tamaño, forma y densidad de partículas
2,3 Tamaño de partículas mezcladas y Análisis de Tamaños
2,4 Superficie específica de una mezcla de partículas
2.5 Flujo de alimentos en forma de polvo
1. Ángulo de Reposo
2. Ángulo de Deslizamiento
3. Ángulo de Fricción Interna
UNIDAD III: TAMIZADO
3.1 Principios Generales
3.2 Clases y Características de los Tamices
3.3 Series de Tamices Patrón. Serie de Tyler
3.4 Comparación entre Tamices Ideales y Tamices Reales
3.5 Análisis por Tamizado
1. Análisis Acumulativo
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2. Análisis Diferencial
3.6 Balance de Materia en un Tamiz
3.7 Capacidad y Eficacia de los Tamices
UNIDAD IV: REDUCCIÓN DE TAMAÑO
4.1 Principios Generales
4.2 Naturaleza de las Fuerzas utilizadas en la Reducción de Tamaño
4.3 Número de Etapas de Reducción
4.4 Consideraciones en que se basa la selección de equipos
4.5 Aparatos para la Reducción de Tamaños
1. Trituradora de Rodillos
2. Molino de Martillos
3. Molino de Discos
4. Molinos Gravitatorios
4.6 Funcionamiento de las Instalaciones de Reducción de Tamaño
4.7 Desintegración de sustancias fibrosas
4.8 Energía Necesaria para la desintegración
1. Ley de Rittinger
2. Ley de Kick
3. Ley de Bond
4.9 Aplicaciones de las leyes de Rittinger y Bond
UNIDAD V: FILTRACIÓN
5.1 Teoría de la filtración
5.2 Resistencia de la torta y del medio de filtración
5.3 Filtración a presión constante
5.4 Filtración a velocidad constante
5.5 Aplicaciones de la Teoría
5.6 Equipos de Filtración
1. Principios
2. Características de diseño
3. Aplicaciones generales
5.7 Cálculo de la Capacidad de Filtración
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UNIDAD VI: SEDIMENTACIÓN
6.1 Teoría del movimiento de las partículas a través de un fluido
1. Fuerza gravitatoria
2. Fuerza de flotación
3. Fuerza de arrastre
6.2 Velocidad de precipitación libre
1. Número de Newton
2. Número de Arquímedes
6.3 Tipos de Sedimentadores
6.4 Precipitación Frenada
6.5 Equipos
UNIDAD VII: CENTRIFUGACIÓN
7.1 Coeficiente de Amplificación Z
7.2 Separación de líquidos inmiscibles
7.3 Separación de sólidos insolubles de productos líquidos
7.4 Diámetro crítico
7.5 Caudal límite de centrifugación
7.6 Tipos de Centrífugas
7.7 Áreas equivalentes de centrifugación
7.8 Escalado
UNIDAD VIII: AGITACIÓN Y MEZCLA DE LÍQUIDOS
8.1 Teoría de la agitación y mezcla de líquidos
1. Tipos de flujos
2. Tipos de rodetes
3. Velocidad de circulación
8.2 Tipos de recipientes agitados mecánicamente
8.3 Consumo de potencia en tanques agitados
1. Factores de forma
2. Correlaciones de potencia para rodetes específicos
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3. Función de potencia
4. Número de Froude
8.4 Aplicaciones
UNIDAD IX: MEZCLA DE SÓLIDOS
9.1 Grado de mezclado
9.2 Análisis de mezclado
9.3 Desviación estándar de la mezcla
9.4 Índices de mezclado
9.5 Velocidad de mezclado
9.6 Equipos
9.7 Aplicaciones
UNIDAD X: EXTRACCIÓN POR PRESIÓN
10.1 Teoría de la extracción por presión
10.2 Instalaciones
1. Prensas discontinuas
2. Prensas continuas
10.3 Influencia de los principales factores sobre la velocidad y el rendimiento de la
Extracción
10.4 Aplicaciones
UNIDAD XI: EMULSIFICACIÓN
11.1 Introducción y teoría
1. Tensión interfacial
2. Métodos para emulsiones
10.2 Emulgentes
1. Balance Hidrofílico - Lipofílico HLB
2. Elección y clasificación de los emulgentes
3. Estabilidad
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10.3 Equipos
1. Principios
2. Características de diseño
3. Aplicaciones generales
UNIDAD XII: PROCESOS DE SEPARACION CON MEMBRANA
12.1 Introducción
12.2 Espectro de la filtración con membrana
12.3 Procesos de Separación con Osmosis Inversa
1. Presión osmótica de las soluciones
2. Ecuaciones de flujo específico para OI
3. Constantes de permeabilidad al soluto y al solvente
4. Rechazo del soluto
12.4 Ultrafiltración
1. Ecuaciones de flujo específico para UF
2. Efecto de las variables de proceso en la UF
PRACTICAS DE LABORATORIO
Se realizarán en las Plantas Piloto de la Facultad de Ciencias agropecuarias de la Universidad
del Cauca.
Transferencia de Momento Lineal
Reducción de tamaño
Tamizado
Filtro prensa. Filtración a presión constante
Centrifugación
BIBLIOGRAFÍA:
BRENNAN, J.G., BUTTERS, J.R., COWELL, N.D., Operaciones en la Ingeniería de los
Alimentos. Editorial Acribia S.A. Zaragoza. Tercera edición 1998
BROWN, G.G., “Operaciones Básicas de la Ingeniería Química” México 1965
COULSON Y RICHARDSON: Ingeniería Química. Ed. Reverté. 1991
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EARLE, R.L Ingeniería de los alimentos, las operaciones básicas del procesado de
alimentos. Editorial Acribia. Zaragoza 2010
FELLOWS, P., Tecnología del Procesado de los Alimentos : Principios y prácticas.
Editorial Acribia S.A Zaragoza. 1994
GEANKOPLIS, C.J., Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias. Editorial Cecsa, 3ª
edición 1999
LEWIS, M.J., Propiedades físicas de los alimentos y los sistemas de Procesado. Editorial
Acribia S.A. Zaragoza. 1993
MAFART, Pierre, Ingenieria Industrial Alimentaria, Volumen II. Editorial Acribia S.A
Zaragoza. 1994
McCABE – SMITH - HARRIOT. Operaciones Unitarias en Ingeniería Química. Editorial Mc
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PERRY- CHILTON”. Chemical Engineering Handbook” . Ed. Mc Graw Hill. NY 1998
SHARMA,S.K., MULVANEY, S.J., RIZVI,S.S., Ingeniería de Alimentos. Operaciones
Unitarias y Prácticas de Laboratorio. Editorial Limusa Wiley México 2010
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