UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA CARRERA DE INGENIERIA QUIMICACUADERNO DE APUNTES DE LAS MATERIAS DE OPERACIONES UNITARIAS II Y III Postulante: Calustro Torrico Lennart Tutor: Lic. Juan Alfonso Rios del Prado COCHABAMBA – BOLIVIA Octubre de 2011 INDICE CAPITULO I INTRODUCCION Página 1. Introducción 2. Antecedentes 3. Justificación 4. Objetivos 4.1. Objetivo General 4.2. Objetivos Específicos 5. Metodología CAPITULO II PLAN DE LA ASIGNATURA 1. Operaciones Unitarias II 1.1. Pre-Requisitos Principales 1.2. Objetivo General 1.3. Objetivos Específicos 1.4. Justificación 1.5. Contenido de la Materia 2. Operaciones Unitarias III 2.1. Pre-Requisitos Principales 2.2. Objetivo General 2.3. Objetivos Específicos 2.4. Justificación 2.5. Contenido de la Materia CAPITULO III FUNDAMENTOS TEORICOS Teoría de la materia de Operaciones Unitarias II Tema 1 Procesos de Transferencia de Calor 1.1. Generalidades 1.1.1. Transferencia de Calor 1.1.2. Temperatura 1.1.3. Calor 1.1.4. Energía Tema 2 Transferencia de Calor por Conducción 2.1. Conceptos 2.2. Ley de Fourier de la Conducción 2.3. Conductividad Térmica Tema 3 Transferencia de Calor por Convección 3.1. Conceptos 3.2. Convección Natural 3.3. Convección Forzada 3.4. Ley de Fourier de la Convección 3.5. Coeficiente Convectivo Tema 4 Intercambiadores de Calor 4.1. Conceptos 4.2. Tipos de Intercambiadores 4.2.1. Intercambiadores de Doble Tubo 4.2.2. Intercambiadores enfriados por Aire 4.2.3. Intercambiadores de Placa 4.2.4. Intercambiadores de Casco y Tubos 4.3. Diseño de Intercambiadores Teoría de la materia de Operaciones Unitarias III Tema 1 Secado 1.1. Conceptos 1.2. Métodos de Secado 1.3.Clasificación de los Secadores 1.3.1. Secadores Directos 1.3.2. Secadores Indirectos 1.4. Equipos para Secado 1.5.Factores que intervienen en el Proceso de Secado 1.5.1. Temperatura del Aire 1.5.2. Temperatura de Bulbo Seco 1.5.3. Temperatura Superficial 1.5.4. Temperatura de Bulbo Húmedo 1.5.5. Humedad Relativa del Aire 1.5.6. Velocidad del Aire Tema 2 Absorción 2.1. Conceptos 2.2. Solubilidad de Gases en Líquidos en Equilibrio 2.2.1. Sistemas de Dos Componentes 2.2.2. Sistemas de Multicomponentes 2.3. Elección del Disolvente para la Absorción 2.4. Torres Empacadas o de Relleno 2.4.1. Empaque Calor especifico del gas húmedo 3.11. Método de McCabe-Thiele 4. Relaciones de Equilibrio 4.4.1. Humedad Relativa o Saturación Relativa 3.8.3.2. Entalpía Específica 3.6. Temperatura Húmeda o Temperatura del Termómetro Húmedo Tema 4 Destilación 4. Volatilidad Relativa 4.5.4. Absorción con reacción química Tema 3 Humidificación 3.6.10. Tipos de Destilación 4. Ley de Raoult 4. Cuerpo de la Torre 2.5.7.7. Reflujo Mínimo .2.8. Deshumidificación 3.4.4.2.1.2.1. Destilación Simple 4. Concepto 3. Humedad porcentual o saturación porcentual 3. Humidificación 3.3. Humedad Absoluta o Saturación Absoluta 3.1. Rectificación 4. Construcción y uso del diagrama de McCabe-Thiele 4.5. Concepto 4.9. Humedad Molar o de Saturación 3. Punto de Rocío 3. Diagrama Psicométrico o diagrama de humedad 3.12.2. Liquido o Liquido .Vapor CONCLUSIONES BIBLIOGRAFIA .Liquido por Etapas y Continuos Tema 3 Operaciones de Separación Gas .CAPITULO IV CUADERNO DE APUNTES DE OPERACIONES UNITARIAS II Tema 1 Transferencia de Calor por Conducción Tema 2 Transferencia de Calor por Convección Tema 3 Relaciones Empíricas y Prácticas en Transferencia de Calor por Convección Forzada Tema 4 Intercambiadores de Calor CAPITULO V CUADERNO DE APUNTES DE OPERACIONES UNITARIAS III Tema 1 Secado Tema 2 Procesos de Separación Gas . UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA CARRERA DE INGENIERIA QUIMICA CUADERNO DE APUNTES DE LAS MATERIAS DE OPERACIONES UNITARIAS II Y III CAPITULO I INTRODUCCION . siendo un pilar fundamental en la formación de ingenieros químicos. las cuales son: Ciencias Básicas y Matemáticas Ciencias de la Ingeniería Ingeniería Aplicada Complementarias Las materias de Operaciones Unitarias se ubican dentro el nivel de Ingeniería Aplicada. Juan Alfonso Ríos del Prado. es actualmente el docente titular de las materias de Operaciones Unitarias en sus 3 niveles.CAPITULO I INTRODUCCION 1. desarrolladas a lo largo del sexto. La Carrera de Ingeniería Química cuenta con cuatro niveles de estudio para la formación de ingenieros químicos. luego que el Consejo de Carreras de Química dispone la aplicación gradual del Nuevo Plan de estudios de las Carreras de Química. . se creó el 21 de septiembre de 1979. sétimo y octavo semestre del plan de estudios de la carrera de Ingeniería Química. Introducción La Facultad de Ciencias y Tecnología con sus primeras carreras de Ingeniería. Estas materias se dividen en 3 niveles: Operaciones Unitarias I Operaciones Unitarias II Operaciones Unitarias III El Lic. pero la Carrera de Ingeniería Química es creada el 02 de Agosto de 1984. pues muchos de ellos experimentaron alguna dificultad en el aprendizaje de estas materias. Al ver esta necesidad. es por esto que hablando con el titular de estas materias. que reduzcan la dificultad de aprendizaje de las Operaciones Unitarias. además de brindar un apoyo invaluable en el proceso de aprendizaje a lo largo de las distintas materias que comprende la Carrera de Ingeniería Química y muchas otras más. ya sea en la Facultad de Ciencias y Tecnología. los cuales citaré en la Bibliografía como fuente de datos y teoría para la correcta solución de problemas y aplicación de los mismos en la vida real. se pudo apreciar la necesidad de elaborar un texto. Asimismo intercambiando ideas con distintos estudiantes de la Carrera de Ingeniería Química. incluir ejercicios resueltos de estos temas. Antecedentes Las materias de Operaciones Unitarias son pilares fundamentales en la formación de profesionales de la Carrera de Ingeniería Química.2. llegamos a la conclusión que las mismas deben tener un texto que sirva de apoyo para los futuros estudiante que cursen estas materias. como en las demás facultades que juntas dan vida a la Universidad Mayor de San Simón. además de la ayuda de diferentes libros. durante su etapa de formación en la Universidad Mayor de San Simón. se llego a la conclusión que estas materias no cuentan con un texto o cuaderno base que ayude a una mejor comprensión de todas las Operaciones Unitarias en sí. Existen muchas materias que con el tiempo se estudian más a fondo y asimismo son complementadas con textos que ayudan a la comprensión de las mismas. . Juan Alfonso Ríos del Prado. es decir hablando de las distintas operaciones que se llevan a cabo dentro del extraordinario mundo de la Química. esto debido a la infinidad de libros que existen acerca de estos temas tan extensos y amplios como son las Operaciones Unitarias. Haciendo un previo estudio. Conjuntamente la teoría de estas materias. el Lic. lo más lógico sería elaborar un texto en el cual estén incluidos los conocimientos del tutor de estas materias. Estos textos guía ayudan de gran manera al mejoramiento de esta calidad exigida por el país y por el mundo. exponiendo en ellos la teoría y práctica de cada materia. de manera que se entienda en pocos pasos y de la manera más sencilla pero eficaz cualquier materia o tema en concreto. una de ellas es la elaboración de estos textos que además de complementar las distintas materias. que tendrían que garantizar las instituciones educativas y los programas de formación profesional. la Facultad de Ciencias y Tecnología ha iniciado el proceso de mejorar la calidad educativa en la Universidad Mayor de San Simón. Dada la necesidad existente. exige que haya pautas o estándares mínimos de calidad internacional. La transversalidad de la educación genera la necesidad de convalidación de los estudios y la equivalencia de títulos. ya que cada texto debe ser elaborado de manera cuidadosa. para el cumplimiento de este emprendimiento existen muchas herramientas que construirán este proceso. ven por conveniente la elaboración de los mismos. ayudarán a mejorar la calidad de enseñanza y aprendizaje de los docentes y alumnos respectivamente. es una guía que facilita el aprendizaje de cualquier materia. lo cual es una tarea complicada. Con este propósito vemos por conveniente realizar un Texto o mejor dicho un Cuaderno de Apuntes de las Materias de Operaciones Unitarias.Viendo estos datos relevantes en la Carrera de Ingeniería Química se tomó la decisión de elaborar el texto de apuntes de las materias de Operaciones Unitarias. es por eso que muchos docentes de las distintas carreras dentro de la Universidad. incluidas sus relaciones de intercambio estudiantil y laboral. Justificación Un texto base. que permita mejorar el aprendizaje de estas materias y conlleven a un fácil desarrollo de las mismas en clase. 3. La importancia de mejorar la calidad educativa de la Universidad se acentúa. porque cuando un país crece lo hace conjunto el mundo. . para de esta manera tener profesionales que ayuden a su país a crecer. por que el país está inmerso en un creciente proceso de globalización. iniciando un proceso de Auto evaluación de los diferentes programas de formación. con una internacionalización de sus relaciones con otras naciones. Objetivo General El objetivo del presente proyecto es realizar un cuaderno de apuntes de las materias de Operaciones Unitarias II y III. para la elaboración de los cuadernos de apuntes. ya que esta fuente será el pilar del Cuaderno de Apuntes a elaborar. Actualizar los contenidos en función al avance internacional en la enseñanza de las Operaciones Unitarias. siguiendo una serie de pasos que nos guiarán a la finalización del Cuaderno de apuntes de manera exitosa. Metodología Para la elaboración de este trabajo. para mejorar los sistemas de enseñanzaaprendizaje de la carrera de Ingeniería Química.Por las razones antes mencionadas se justifica plenamente la presentación de este proyecto. donde realizaremos una revisión cuidadosa de todas las fuentes posibles de información. Objetivos 4. Elaborar esquemas que ayuden a la resolución de problemas en las Operaciones Unitarias. 4. . Desarrollar una búsqueda de material y herramientas. Objetivos Específicos Realizar un diagnóstico de las materias de Operaciones Unitarias. estos pasos se describen a continuación: Primero tenemos la etapa de lectura. 5. Recopilar información y apuntes de las materias de Operaciones Unitarias dictadas dentro de la Facultad de Ciencias y Tecnología de la Universidad Mayor de San Simón. procederemos de la manera más sencilla y eficaz posible. 4.2.1. esto para armar el Cuaderno de a poco y darle forma. es decir seleccionamos cuales son las Operaciones Unitarias que serán descritas primero y así sucesivamente. usando programas de diferente índole.Seguidamente tenemos la recopilación de toda la información seleccionada durante el proceso de lectura. A continuación establecemos un orden de información. esto para tener toda la fuente de información lista para ser usada en el orden que escojamos. en esta etapa corregiremos todos los posibles errores y daremos la forma final al trabajo. editores de gráficas entre otros. Al finalizar la transcripción tenemos el proceso de corrección. es la etapa más larga puesto que tenemos que pasar toda la información a formato digital. . como editores de ecuaciones. Luego tenemos la etapa de transcripción. UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA CARRERA DE INGENIERIA QUIMICA CUADERNO DE APUNTES DE LAS MATERIAS DE OPERACIONES UNITARIAS II Y III CAPITULO II PLAN DE LA ASIGNATURA . integra en su asignatura todos los conceptos de Transferencia de Calor en sus diferentes facetas. es la de que el estudiante pueda adquirir la capacidad de diseñar equipos de procesos químicos . sino tener conocimientos sólidos las siguientes asignaturas: Fenómenos de Transporte A Fenómenos de Transporte B Operaciones Unitarias I Laboratorio de Investigación Análisis Numérico Ecuaciones Diferenciales Introducción a los Proceso Químicos Termodinámica I Termodinámica II 1.1. los estudiantes de la Carrera de Ingeniería Química deberán no solo haber aprobado. que pertenece al octavo semestre de la Carrera Ingeniería Química. estos conceptos son fundamentales en la formación de todos los estudiantes que aspiren a ser Ingenieros Químicos.2.CAPITULO II PLAN DE LA ASIGNATURA 1. Pre-Requisitos Principales La materia de Operaciones Unitarias II. Operaciones Unitarias II 1. Para la asignatura de Operaciones Unitarias II. Objetivo General de la Materia El objetivo general que persigue la enseñanza de Operaciones Unitarias II. 3. los gradientes de temperatura y las estructuras geométricas de los principales equipos de transferencia de calor. se constituye en el principal pilar de esta Ingeniería. . cantidad de movimiento y energía. que les serán útiles en el posterior estudio de las Operaciones Unitarias propiamente. como Secado. Humidificación. Por medio del estudio de los principios de transferencia de masa. el estudiante aprenderá a calcular los correspondientes coeficientes de transferencia de masa. Objetivos Específicos de la Materia Los objetivos específicos más importantes son: Mediante el estudio de intercambio de calor se persigue que el estudiante pueda definir las principales resistencias a la transferencia de calor.mediante la aplicación de balances de masa. juntamente con el de los Reactores Químicos. Al ser la Ingeniería Química el soporte de los procesos de transformación fisicoquímica de los materiales.4. Destilación y otras. ineludiblemente se ingresa en el diseño de equipos a través de los cuales se llevan a cabo estos fenómenos. los mismos que son fundamentales en toda industria química. el estudio de las Operaciones Unitarias. Justificación El estudio de las Operaciones Unitarias se constituye en la base de la comprensión de los procesos de transporte de fluidos. tanto de película como globales. calculando los coeficientes de transferencia de calor. A través de un repaso de estos procesos de transporte. 1. Absorción. transferencia de calor y transferencia de masa. 1. haciendo uso de los conocimientos de Transferencia de Calor. tipos de Intercambiadores. . Transferencia de Calor por Convección Forzada en el Interior de Tuberías. Transferencia de Calor por Convección Natural.1.5. Transferencia de Calor por Conducción. Análisis Dimensional en Transferencia de Calor. Aplicaciones de Transferencia de Calor en Estado No Estacionario Para el Caso de Enfriamiento y Congelamiento de Alimentos y Materiales Biológicos. Principios de Transferencia de Calor en Estado No Estacionario. Introducción a la Transferencia de Calor por Radiación. Coeficientes Especiales de Transferencia de Calor. Introducción y Mecanismos de Transferencia de Calor. Cálculo del Coeficiente de Transferencia de Calor por Convección mediante propiedades físicas. Transferencia de Calor de Fluidos No Newtonianos. Transferencia de Calor Fuera de Varias Geometrías por Convección Forzada. Intercambiadores de Calor. Principios de Transferencia de Calor Avanzada por Radiación. Conducción a Través de Sólidos en Serie. Ebullición y Condensación. diseño de Intercambiadores. cálculo del Coeficiente Global de Transferencia de Calor. Métodos Numéricos de Diferencias Finitas Para Conducción en Estado No Estacionario. Conducción en Estado Estacionario y Factores de Forma. Ecuaciones Diferenciales del Cambio de Energía. Conducción de Calor en Estado No Estacionario en Varias Geometrías. Un Caso Simplificado Para Sistemas con Resistencias Internas Despreciables. Contenido de la Materia Principios de Transferencia de Calor en Estado Estacionario. Derivación de Ecuaciones Básicas. Flujo de Capa Límite y Turbulencia en la Transferencia de Calor. Intercambiadores de Calor Introducción y Mecanismos de funcionamiento de los Intercambiadores de Calor. Métodos Numéricos Para Conducción en Estado Estacionario en Dos Dimensiones. transferencia de masa y transferencia de calor.1. que pertenece al noveno semestre de la Carrera Ingeniería Química. Operaciones Unitarias III 2. integra en su asignatura todos los conceptos de diseño de equipos a través de los cuales se llevan a cabo los fenómenos de transporte de fluidos. Pre-Requisitos Principales La materia de Operaciones Unitarias III. sino tener conocimientos sólidos las siguientes asignaturas: Fenómenos de Transporte A Fenómenos de Transporte B Operaciones Unitarias I Operaciones Unitarias II Laboratorio de Operaciones Unitarias I Laboratorio de Investigación Análisis Numérico Ecuaciones Diferenciales Introducción a los Proceso Químicos Termodinámica I Termodinámica II Diseño de Reactores Químicos I Ciclo Básico en general . los estudiantes de la Carrera de Ingeniería Química deberán no solo haber aprobado.2. Todos estos conceptos nos llevan a la fase final de las asignaturas de Operaciones Unitarias mediante el diseño de equipos que es el aspecto más importante en la formación de Ingenieros Químicos. Para la asignatura de Operaciones Unitarias II. 3. el número de unidades de extracción y otras variables. ineludiblemente se ingresa en el diseño de equipos a través de los cuales se llevan a cabo estos fenómenos. Objetivo General de la Materia El objetivo general que persigue la enseñanza de Operaciones Unitarias III. 2.2. Al ser la Ingeniería Química el soporte de los procesos de transformación fisicoquímica de los materiales. Humidificación. A través de un repaso de estos procesos de transporte. 2. es la de que el estudiante pueda adquirir la capacidad de diseñar equipos de procesos químicos mediante la aplicación de balances de masa. cantidad de movimiento y energía. . los mismos que son fundamentales en toda industria química. se constituye en el principal pilar de esta Ingeniería. juntamente con el de los Reactores Químicos. Estudiar en consecuencia las diferentes Operaciones Unitarias como Secado de materiales de Proceso. Justificación El estudio de las Operaciones Unitarias se constituye en la base de la comprensión de los procesos de transporte de fluidos. Absorción y otros.2. el número de platos de una columna de destilación. Destilación. transferencia de calor y transferencia de masa.4. el estudio de las Operaciones Unitarias. y a su vez familiarizarse con las diferentes ecuaciones de diseño que permitirán calcular la altura de columnas empacadas. que son de mayor aplicabilidad al diseño de equipos de la Industria Química mediante los pilares establecidos de los Fenómenos de Transporte en las dos Operaciones Unitarias anteriores. Objetivos Específicos de la Materia Los objetivos específicos más importantes son: Encarar el estudio de las Operaciones Unitarias III propiamente. 2. Etapas de Contacto de Equilibrio Simple y Múltiple. Secado criogénico de Materiales Biológicos. Destilación con Reflujo y el Método de McCabe-Thiele. Transferencia de calor Combinada por Convección. Absorción de Mezclas Concentradas en Torres Empacadas. Contenido de Humedad en el Equilibrio de Materiales. Métodos de Cálculo para el Período de Secado de Velocidad Constante. Contacto de equilibrio de Simple Etapa para Sistemas Vapor-Líquido. Procesamiento Térmico en estado No Estacionario y Esterilización de Materiales Biológicos. Métodos de Destilación Simple. Estimación de los Coeficientes de Transferencia de Masa para Torres Empacadas. Contenido de la Materia Secado De Materiales De Proceso Introducción y Métodos de Secado. Eficiencia de Plato en Destilación y Absorción. Radiación y Conducción en el Período de Velocidad Constante. Presión de Vapor del Agua y Humedad. Métodos de Cálculo para el Período de Secado de Velocidad Decreciente. Destilación Fraccionada Utilizando el Método Entalpía-Concentración. Procesos de Humidificación Continúa. Equipos para Secado. Velocidad de las Curvas de Secado. . Ecuaciones para Varios Tipos de Secadores.5. Secado en el Período de Velocidad Decreciente por Difusión y Flujo Capilar. Procesos De Separación Vapor-Liquido Relaciones de Equilibrio Vapor-Líquido. Relaciones de Equilibrio entre Fases. Procesos De Separación Gas-Liquido Por Etapas Y Continuos Tipos de Procesos de Separación y Métodos. Transferencia de Masa entre Fases. Absorción en Platos y Torres Empacadas. Destilación de Mezclas Multicomponentes. Procesos de Extracción Líquido-Líquido de Simple Etapa. Relaciones de Equilibrio y Lixiviación de Simple Etapa. Procesos de Intercambio Iónico. Equipos para Extracción Líquido-Líquido. . Lixiviación en Contracorriente en Múltiples Etapas.Procesos De Separación Liquido-Liquido Y Fluido-Solido Introducción a los Procesos de Adsorción. Introducción y Equipos para Lixiviación Líquido-Sólido. Extracción Continúa en Contracorriente en Múltiples Etapas. Adsorción Discontinúa. Diseño de Columnas de Adsorción de Lecho Fijo. UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA CARRERA DE INGENIERIA QUIMICA CUADERNO DE APUNTES DE LAS MATERIAS DE OPERACIONES UNITARIAS II Y III CAPITULO III FUNDAMENTOS TEORICOS . aprendizaje. Muchas cátedras se están plasmando en Cuadernos de Apuntes que contienen el texto de un curso. la bibliografía completa. donde. cambiar el enfoque tradicional de enseñanza aprendizaje. que está formando las funciones docentes y de estudio. prácticos y muchas otras opciones con alto contenido pedagógico y didáctico. muchas veces en un esquema de Universidad abierta y a distancia. por tratarse esencialmente de una educación de adultos. . El empleo creciente de la informática educativa a generado un número creciente de recursos pedagógicos y didácticos a todo nivel de formación. en las que el estudiante sea el elemento central del proceso. Con este recurso las tareas docentes y estudiantiles se transforman. que además sean problematizadores y desarrollen actitudes y hábitos de comportamiento que permitan un mejor desenvolvimiento en su carrera profesional. y el acumulo de conocimientos y aptitudes que respondan a nuevas exigencias científicotecnológico del contexto internacional. a un enfoque problemático. establece la necesidad de modernizar los métodos del aprendizaje en la Universidad. La Carrera de Ingeniería Química empeñada en modernizar su sistema de enseñanza. Se busca alcanzar un equilibrio entre la educación orientada a la formación de valores y actitudes acordes a los requerimientos sociales de la época. En tal sentido establece como estrategia el desarrollo de instrumentos académicos (Cuadernos de Apuntes. al estudio y trabajo sobre problemas reales. establece como prioridad la aplicación de nuevas metodologías.CAPITULO III FUNDAMENTOS TEORICOS FUNDAMENTOS TEÓRICOS DE UN CUADERNO DE APUNTES El plan de desarrollo quinquenal de la Universidad Mayor de San Simon. particularmente en la educación superior. ejercicios teóricos. implementando modelos centrados en el estudiante. Textos. de manera que se pueda mejorar sus actitudes a la resolución de problemas reales específicos. pasando de la transferencia y recepción mecánica e ineficiente de datos e información. existe un importante componente autodidacta. es decir. Calor Es un tipo de energía que se transfiere a un cuerpo a otro en virtud de una diferencia de temperaturas y por lo tanto no puede ser almacenado. que serán preparados por estudiantes egresados dentro el programa de titulación por adscripción. por convección y por radiación. o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que están a distinta temperatura. .Programas. La convección transfiere calor por el intercambio de moléculas frías y calientes: es la causa de que el agua de una tetera se caliente uniformemente aunque sólo su parte inferior esté en contacto con la llama.1. Información de Internet. Generalidades PROCESOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR 1. El calor puede transferirse de tres formas: por conducción. 1.2. está asociada con la movilidad de las moléculas de un cuerpo. TEORÍA DE LA MATERIA DE OPERACIONES UNITARIAS II TEMA 1 1. La radiación es la transferencia de calor por radiación electromagnética (generalmente infrarroja): es el principal mecanismo por el que un fuego calienta la habitación. también definido como el proceso por el que se intercambia energía en forma de calor entre distintos cuerpos.1. Temperatura Magnitud física que expresa el grado o nivel de calor de los cuerpos o del ambiente. otros). La conducción es la transferencia de calor a través de un objeto sólido: es lo que hace que el asa de un atizador se caliente aunque sólo la punta esté en el fuego. Transferencia de Calor Es el estudio de las velocidades a las cuales el calor se intercambia entre fuentes de calor y receptores.1. de tal forma que a mayor movilidad mayor Temperatura.1.3.1. para ser implementados en las distintas asignaturas. 1. relaciona los conceptos de Velocidad de Transferencia de Calor y el Perfil de Temperatura. sin que exista un movimiento aparente de las moléculas de los dos sólidos.2. de tal forma que las moléculas del material a mayor temperatura. siempre que el volumen de los cuerpos se mantenga constante. todo esto aplicado al flujo de calor en una sola dimensión para distintas geometrías. 2. Por tal razón la velocidad de transferencia de energía estará dada por una propiedad de los materiales asociada a la capacidad de transferir la movilidad de sus moléculas. Conceptos TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONDUCCIÓN En la Conducción. dicha propiedad es conocida como Conductividad Térmica (K).4. Energía La energía es una abstracción matemática que representa la capacidad de realizar un trabajo. . con lo que eleva la temperatura de la segunda y reduce la de la primera.El calor es energía en tránsito. 1. TEMA 2 2.1. con mayor movimiento molecular. la velocidad de transferencia de calor y el perfil de Temperaturas dentro del sólido. es decir.Ley de Fourier de la Conducción La Ley de Fourier. se deben tener dos conceptos importantes. transfieren energía en forma de movimiento a las moléculas del cuerpo a menor temperatura. La velocidad de Transferencia de Calor se refiere al flujo de entrada o salida de energía en forma de calor. Cuando se transmite calor a través de un sólido. dos materiales sólidos a diferente temperatura se ponen en contacto directo. para el caso de Transferencia de Calor el concepto cambiará por la capacidad para producir un cambio o una transformación. siempre fluye de una zona de mayor temperatura a una zona de menor temperatura.1. las cuales también transfieren calor de una parte del fluido a otra. la mezcla entre ellas pasa a ser el comportamiento predominante. sin embargo su significado físico puede partir del concepto de temperatura. Este mecanismo consiste en que cuando se tiene una diferencia de temperatura dentro un fluido. TEMA 3 TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONVECCIÓN 3. la transferencia de calor se da entre dos puntos de un fluido.Esta Ley está expresada por: Donde: q Flujo de Calor K Conductividad Térmica de los materiales A Área de Transferencia dT Diferencial de Temperaturas dx Diferencial de separación entre dos puntos 2. es decir varía de diferente forma para sólidos. líquidos y gases respectivamente. Conceptos En la Convección. entendida como la magnitud que permite determinar el grado de movilidad de las partículas. . Conductividad Térmica La conductividad térmica es una propiedad de los materiales que resulta del modelo lineal entre el flujo de calor y el gradiente de temperatura.3. de tal forma que debido a la altísima movilidad de sus moléculas.1. Para complementar el concepto de Conductividad térmica es importante mencionar que esta Conductividad de materiales varía con la Temperatura pero de manera distinta. se produce un movimiento de partículas. 3. 3. pero una vez que el fluido en contacto con la superficie modifica su temperatura. que fuerzan el movimiento de acuerdo a las leyes de la mecánica de fluidos.2. de tal forma que la expresión de Fourier es expresada como: Donde: q Flujo de Calor h Coeficiente Convectivo A Área de Transferencia dT Diferencial de Temperaturas . como por ejemplo agitadores. que hace que sea desplazado por este al actuar fuerzas gravitatorias. concretamente. Convección Natural Cuando una superficie se pone en contacto con un fluido a distinta temperatura se produce. en los primeros instantes. Convección Forzada Este tipo de Convección se diferencia en que el movimiento del fluido se debe a un mecanismo externo. ya no es posible aplicar el concepto de conductividad térmica. denominado Coeficiente Convectivo o Coeficiente de película. si la velocidad de transferencia de calor está determinada por el grado de movilidad de las partículas. sufre una diferencia de densidad respecto al resto del fluido.3. Con el fin de superar estos inconvenientes se estableció un coeficiente de transferencia de calor (h). una transmisión de calor por conducción.4. 3. se tienen algunos problemas para la aplicación de la Ley de Fourier. Ley de Fourier de la Convección Debido a que la Convección es un mecanismo netamente aplicado a fluidos. lo que incrementa la transferencia del calor en una magnitud muy superior al de la mera conducción. L. como lo son: o Número de Prandtl (Pr) o Número de Reynolds (Re) o Número de Nussel (Nu) Convección Forzada Número de Grashof (Gr) Número de Prandtl (Pr) Número de Nussel (Nu) Convección Natural Todos estos Números Adimesionales se complementan con las Analogías de Colburn.5. Es decir: h = f (ρ. Conductividad Térmica (K).3. pero la mayor parte de las veces necesita ser calculado. Este Coeficiente Convectivo dependerá del tipo de fluido. V) Para el cálculo del Coeficiente Convectivo. es decir de sus propiedades como: Densidad (ρ). sin este no podemos calcular este flujo. el mismo puede ser encontrado en algunos casos en tablas. Capacidad Calorífica (Cp).Coeficiente Convectivo El coeficiente Convectivo es esencial para el cálculo del flujo de calor por Convección. es necesario calcular Números Adimensionales. K. Cp. µ. . también será función de la geometría mediante la Longitud característica (L) y la velocidad de movimiento del fluido (V). Viscosidad (µ). La transferencia de calor se realiza a través de una pared metálica o de un tubo que separa ambos fluidos.2. Tipos de Intercambiadores Para un mejor estudio los Intercambiadores de Calor se clasifican de diferentes maneras. Rehervidor: Conectado a la base de una torre fraccionadora proporciona el calor de re-ebullición que se necesita para la destilación.1. Las aplicaciones de los intercambiadores de calor son muy variadas y reciben diferentes nombres: Intercambiador de Calor: Realiza la función doble de calentar y enfriar dos fluidos.TEMA 4 INTERCAMBIADORES DE CALOR 4. Calentador: Aplica calor sensible a un fluido. de circulación forzada. (Los hay de termosifón. una de las clasificaciones es la siguiente: Intercambiadores de Doble Tubo Intercambiadores Enfriados por Aire Intercambiadores de Tipo Placa Intercambiadores de Casco y Tubo . de caldera) Vaporizador: Un calentador que vaporiza parte del líquido 4. transfiriendo este calor a otro fluido que está frío y necesita ser calentado. Condensador: Condensa un vapor o mezcla de vapores. Conceptos Un Intercambiador de Calor es un equipo utilizado para enfriar un fluido que está más caliente de lo deseado. Enfriador: Enfría un fluido por medio de agua. 2. que puede ser forzada con ayuda de un ventilador. 4.2. tiene una elevada área de intercambio en una disposición muy compacta.2. Por motivos de construcción están limitados a presiones pequeñas. La selección de un intercambiador enfriado por aire frente a uno enfriado por agua es una cuestión económica. Intercambiadores de Doble Tubo Consiste en un tubo pequeño que está dentro de otro tubo mayor. Pueden ser de hasta 40 ft (12 m) de largo y anchos de 8 a 16 ft (2. tiene una diferencia de temperatura de unos 15 ºF (8 ºC)). Intercambiadores Enfriados por Aire Consisten en una serie de tubos situados en una corriente de aire.4. circulando los fluidos en el interior del pequeño y entre ambos.2.1. .3. Estos intercambiadores se utilizan cuando los requisitos de área de transferencia son pequeños. potencia de los ventiladores y la temperatura de salida del fluido (un intercambiador de aire. hay que consideran gastos de enfriamiento del agua. Intercambiadores de aleta de placa con soldadura. Los tubos suelen tener aletas para aumentar el área de transferencia de calor. 4. Admiten una gran variedad de materiales de construcción. que son similares a un filtro prensa. Con agua se obtienen diferencias menores. Intercambiadores de Placa Llamados también intercambiadores compactos.5 a 5 m). Pueden ser de dos tipos: Intercambiadores de tipo placa y armazón. 3. es decir. Consisten en una estructura de tubos pequeños colocados en el interior de un casco de mayor diámetro. Cada tipo de Intercambiador tiene conceptos distintos de diseño.2. espesor. es decir. Diseño de Intercambiadores Para el diseño de Intercambiadores usaremos todos los conceptos aprendidos a lo largo del trayecto de las asignaturas de Operaciones Unitarias.4. Algunos de los conceptos nuevos a aprender para el correcto diseño de Intercambiadores serán: Temperatura Media Logarítmica Pérdidas de Presión en ambas partes del Intercambiador Cálculo del Coeficiente Global de Transferencia de Calor Estimar coeficientes de suciedad en ambas partes del Intercambiador Seleccionar el diámetro. que nos ayudarán en el diseño de cualquier tipo de Intercambiador elegido. Convectiva y Radioactiva. en cada uno de los intercambiadores usaremos diferentes elementos de diseño. Intercambiadores de Casco y Tubo Son los intercambiadores más ampliamente utilizados en la industria química y con las consideraciones de diseño mejor definidas.4. material. Transferencia de Masa entre otros. Otros . aplicaremos los conceptos de Transporte de Fluidos. longitud y configuración de los tubos a ser usados dentro del Intercambiador. Las consideraciones de diseño están estandarizadas por The Tubular Exchanger Manufacturers Association (TEMA) 4. Transferencia de Calor Conductiva. pueden mencionarse los secadores en los cuales el calor se añade directamente a los materiales. en el cual se trabajan materiales termolábiles. es el proceso en el cual se alimenta un secador y se termina la operación en el momento en que se extrae todo el material alimentado.2.1. Métodos de secado De acuerdo al tipo de proceso de secado.3. El estudio del secado es de trascendental importancia en Ingeniería Química. el agua se sublima directamente del material congelado. Obviamente. debido a que es una operación unitaria básica. Conceptos Secado se refiere a la eliminación de líquidos. de un material sólido. no obstante hay otros. En general. Finalmente está el secado en la liofilización. para el manejo de productos sólidos 1. es generalmente agua. se comprende por secado continuo.TEORÍA DE LA MATERIA DE OPERACIONES UNITARIAS III TEMA 1 SECADO 1. por medio de aire caliente y a presión atmosférica. se puede separar el proceso. en proceso continuo y proceso batch. De acuerdo con las condiciones en que se realiza el secado. El líquido a remover. Secadores diversos. 1. Otro método de secado consiste el secado al vacío. Clasificación de los secadores Los secadores se clasifican según: Secadores directos. . en cantidades grandes. Secadores discontinuos o por lote. el proceso batch. por medio de vapor arrastrado por un gas. el secado en procesos en los que no hay acumulación de sólidos en un recipiente cerrado. Secadores indirectos. Secadores continuos. en tanto se suministre la alimentación húmeda. En los secadores por lote las condiciones de contenido de humedad y temperatura varían continuamente en cualquier punto del equipo. Secadores Por lotes: se diseñan para operar con un tamaño específico de lote de alimentación húmeda.1 Secadores directos La transferencia de calor para la desecación se logra por contacto directo entre los sólidos húmedos y los gases calientes. para ciclos de tiempo dado. y poniéndolo en contacto con las superficies calientes. Secadores I-Continuos: la desecación se efectúa haciendo pasar el material de manera continua por el secador. . 1. La velocidad de desecación depende del contacto que se establezca entre el material mojado y las superficies calientes.3. 1. Es evidente que cualquier secador continuo puede funcionar en forma intermitente o por lotes. Secadores para sólidos granulares o rígidos y pastas semisólidas.2 Secadores indirectos El calor de desecación se transfiere al sólido húmedo a través de una pared de retención. Secadores que pueden aceptar alimentaciones líquidas o suspensiones. Secadores Continuos: la operación es continua sin interrupciones. Los secadores directos se llaman también secadores por convección. es decir. Los secadores indirectos se llaman también secadores por conducción o de contacto. con los gases calientes. El líquido vaporizado se separa independientemente del medio de calentamiento. si así se desea.3. El líquido vaporizado se arrastra con el medio de desecación. Secadores I-Por lotes: en general los secadores indirectos por lotes se adaptan muy bien a operaciones al vacío. Temperatura del aire La temperatura desempeña un papel importante en el proceso de secado. Se subdividen en tipos agitados y no agitados.4. Temperatura de bulbo seco Es aquella de ambiente.1. conforme incrementa su valor se acelera la eliminación de humedad dentro de los límites posibles. Equipos para Secado El equipo de secado. Existen diversos nivelen de temperatura que se mantienen durante el proceso técnico del secado: 1. . o tan complejo como un secador rotatorio. puede ser tan sencillo como un soplador con una resistencia adaptada. Secado en Bandejas Secadores indirectos al vacío con anaqueles Secadores continuos de túnel Secadores Rotatorios Secadores de tambor rotatorio Secadores por aspersión 1. En forma general.2. 1.5. se mide con instrumentación ordinaria como un termómetro de mercurio. Factores que intervienen en el proceso de secado 1.5.5. Temperatura de bulbo húmedo Es la temperatura de equilibrio dinámico obtenida por una superficie de agua cuando la velocidad de transferencia de calor por convección. Temperatura superficial Es la de la especie a secar. Cuando el aire contiene su máxima capacidad. Humedad relativa del aire Se define como la razón de la presión de saturación de vapor de agua a la misma temperatura. 1.1. es igual a la transferencia de masa que se aleja de la superficie Durante el proceso de secado se origina un gradiente de temperatura con respecto al espesor del material. transportar la humedad saliente del material. Cuanto menor sea el espesor de esta capa limite. por el contrario. generalmente se mide por medio de un sensor infrarrojo. mismo que tiende a disminuir conforme se reduce el contenido de humedad.3.5.5. más rápida será la remoción de humedad.4. se dice que se trata de un aire completamente saturado y por lo tanto incapaz de absorber mas humedad.5. Velocidad del aire La velocidad del aire dentro del secador tiene como funciones principales. y en segundo lugar.6.5. 1. en primer lugar. La capa limite que existe entre el material a secar y el aire juega un papel importante en el secado.5. transmitir la energía requerida para calentar el agua contenida en el material facilitando su evaporación. un aire no saturado tiene la posibilidad de absorber una cantidad determinada de humedad hasta lograr su saturación. . Generalmente se expresa en (%) la medida que se incrementa la temperatura del aire aumenta su capacidad de absorción de humedad y viceversa. 1. Sistemas de multicomponentes Si una mezcla de gases se pone en contacto con un líquido. también en reposo. El volumen de la solución varía linealmente con la composición. . la solubilidad en el equilibrio de cada gas será. en el caso de gases que se disuelven en líquidos. que no se difunde y está en reposo. No hay absorción ni evolución de calor al mezclar los componentes. este criterio no incluye el calor de condensación del gas al estado líquido.2.2. Sistemas de dos componentes Si cierta cantidad de un gas simple y un líquido relativamente no volátil se llevan al equilibrio la concentración resultante del gas disuelto en el líquido recibe el nombre de solubilidad del gas a la temperatura y presión predominantes. hacia un líquido C.2. en ciertas condiciones.1.2. Hay cuatro características significativas de las soluciones ideales: Las fuerzas intermoleculares promedio de atracción y repulsión en la solución no cambian al mezclar los componentes. Sin embargo. Concepto Absorción es la operación unitaria que consiste en la separación de uno o más componentes de una mezcla gaseosa con la ayuda de un solvente líquido con. cual forma solución. Solubilidad de gases en líquidos en el equilibrio 2.1. 2. independiente de la de los demás.TEMA 2 ABSORCION 2. Este proceso implica una difusión molecular turbulenta o una transferencia de masa del soluto A a través del gas B. 2. siempre y cuando el equilibrio se describa en función de las presiones parciales en la mezcla gaseosa. Si el propósito principal es eliminar algún componente del gas.4.3. el disolvente es especificado por la naturaleza del producto. Por supuesto. La presión total de vapor de la solución varía linealmente con la composición expresada en fracción mol. a través del lecho empacado.1 Empaque El empaque de la torre debe ofrecer las siguientes características: Proporcionar una superficie interfacial grande entre el líquido y el gas.4. 2. debe ser baja la caída de presión del gas. o torres de relleno. son columnas verticales que se han llenado con empaque o con dispositivos de superficie grande. . El empaque debe permitir el paso de grandes volúmenes de fluido a través de pequeñas secciones transversales de la torre. utilizadas para el contacto continuo del líquido y del gas tanto en el flujo a contracorriente como a corriente paralela. de tal forma que expone una gran superficie al contacto con el gas. sin recargo o inundación. casi siempre existe la posibilidad de elección. Elección del disolvente para la absorción Si el propósito principal de la operación de absorción es producir una solución específica. El líquido se distribuye sobre éstos y escurre hacia abajo. 2. pero debe darse considerable importancia a las siguientes propiedades: Solubilidad del gas Volatilidad Corrosión Costo Viscosidad 2. Torres empacadas o de relleno Las torres empacadas. el agua es el disolvente más barato y más completo. si con la absorción queremos obtener una solución específica. 2. según las condiciones de corrosión. porcelana química. Es importante una buena elección del disolvente que participará en la absorción. Tener bajo precio. ladrillo a prueba de ácidos. Los empaques son principalmente de dos tipos. vidrio. Si en cambio el propósito principal es eliminar alguno de los componentes que constituyen el gas. Ser estructuralmente fuerte para permitir el fácil manejo y la instalación.4.5. u otro material.2. Absorción con reacción química Muchos procesos industriales de absorción van acompañados de una reacción química. el disolvente que debemos utilizar viene indicado por la naturaleza del producto. aleatorios y regulares. es especialmente común la reacción en el líquido del componente absorbido y de un reactivo en el líquido absorbente. metal cubierto de plástico o vidrio. metal. aunque se debe dar importancia a propiedades como: La solubilidad del gas La volatilidad corrosión El costo Viscosidad Misceláneos . Claramente el agua es el disolvente con menor precio y también el más completo. 2. plástico. Cuerpo de la torre Esta puede ser de madera. Ser químicamente inerte con respecto a los fluidos que se están procesando. por lo general existirá una amplia elección. transferencia de calor y de materia. el agua evaporada en la interfase se transfiere al aire. 3. que se separa.3. y por lo tanto se enfría. El seno del líquido cede entonces calor a la interfase. Concepto HUMIDIFICACION Normalmente al hablar de humidificación se hace referencia al estudio de mezclas de aire y vapor de agua. simultáneamente. . A grandes rasgos. 3.2.TEMA 3 3. en lo que sigue consideraremos aplicables a cualquier tipo de mezclas constituidas por un gas y un vapor. normalmente aire atmosférico. Parte del agua se evapora. enfriándose así la interfase.13. mediante una condensación parcial del vapor. el proceso que tiene lugar en la operación de humidificación es el siguiente: Una corriente de agua caliente se pone en contacto con una de aire seco (o con bajo contenido en humedad). el vapor puede aumentar pasando el gas a través de un líquido que se evapora en el gas. por lo que se humidifica. A su vez. Deshumidificación La deshumidificación es una operación que consiste en reducir la cantidad de vapor presente en una corriente gaseosa. Humidificación La humidificación es una operación que consiste en aumentar la cantidad de vapor presente en una corriente gaseosa. Esta transferencia hacia el interior de la corriente gaseosa tiene lugar por difusión y en la interfase hay. 325 KPa. A continuación se muestra la carta psicométrica para valores de temperaturas normales y una presión de 1 atm. para una presión determinada. .4.I. S. En una carta psicométrica se encuentran todas las propiedades del aire. las otras pueden determinarse a partir de la carta. Volumen específico. Un KJ/kg = 0. se muestra una carta psicométrica básica. Humedad absoluta (ha). Temperatura de bulbo húmedo (bh). la humedad relativa en porcentajes. En la figura Nº 1. el contenido de humedad en g/kg aire seco. el volumen en m³/kg. la entalpía y la entropía están en kilo Joules (kJ) por kg de aire seco. Entalpía (h). Las temperaturas están en grados centígrados. de las cuales las de mayor importancia son las siguientes: Temperatura de bulbo seco (bs).239 Kcal/kg = 0.3. Diagrama Psicométrico o diagrama de humedad El diagrama psicométrico permite la obtención mediante lectura directa de la mayoría de las propiedades de las mezclas aire-vapor de agua que son necesarias en los cálculos a realizar en la operación de humidificación. Conociendo dos de cualquiera de estas propiedades del aire.430 Btu/lb. Está hecha con datos basados a la presión atmosférica normal de 101. Temperatura de punto de rocío (pr) Humedad relativa (hr). y las unidades son las del Sistema Internacional. 3. 3. en comparación con la cantidad de humedad que el aire tendría. 3. Carta psicométrica a temperaturas normales y presión barométrica de 101.5. estando totalmente saturado y a la misma temperatura de la muestra. Humedad molar o saturación molar Es la relación entre los números de moles de vapor y de gas contenidos en una determinada masa gaseosa. La humedad relativa se expresa en porcentajes.7. Humedad absoluta o saturación absoluta Es la relación entre el peso de vapor y el peso de gas contenido en una masa gaseosa. Humedad relativa o saturación relativa La humedad relativa.6. .325 kPa (al nivel del mar).Figura Nº 1. Las unidades están en el sistema internacional (SI). es un término utilizado para expresar la cantidad de humedad en una muestra dada de aire. comienza a condensarse. persistiendo las condiciones de saturación 3. manteniendo constante la presión.10. Entalpía Específica Es la suma del calor sensible de 1 kg de gas. es un término que algunas veces se confunde con la humedad relativa.11. Humedad porcentual o saturación porcentual La humedad porcentual. es 100 veces la relación del peso de vapor de agua con el peso del vapor de agua necesario para saturar un kilogramo de aire seco a la temperatura del bulbo seco. puede determinarse por su punto de rocío. La humedad relativa de una muestra de aire.9. También es el punto de 100% de humedad. . 3.8. 3. Una vez alcanzada esta temperatura. 3. y el calor latente de vaporización del vapor que contiene a la temperatura a la que se refieran las entalpías. La humedad porcentual. Es la relación entre la humedad existente en la masa gaseosa y la que existiría si estuviera saturada.Es el cociente entre la presión parcial del vapor y la tensión de vapor a la misma temperatura. Punto de Rocío El punto de rocío se define como: la temperatura debajo de la cual el vapor de agua en el aire. Calor especifico del gas húmedo Es el calor que hay que suministrar a 1 kg de gas y al vapor que contiene para elevar 1º C su temperatura. si se continúa enfriando la mezcla se irá condensando el vapor. Es la temperatura que alcanza la masa de gas húmedo en la saturación por enfriamiento a presión constante. 3. en condiciones adiabáticas. a continuación se hace pasar a su alrededor una corriente de gas no saturado a alta velocidad. Figura 2: Temperatura de bulbo húmedo Es la temperatura límite de enfriamiento alcanzada por una pequeña masa de líquido en contacto con una masa mucho mayor de gas húmedo.12. por lo que va descendiendo la temperatura del líquido. tiene lugar una transmisión de calor desde el gas al líquido. Parte del líquido se evapora. Se recubre el bulbo de un termómetro con un algodón empapado con el líquido del vapor presente en el gas. . en una corriente de aire (figura 2). Temperatura Húmeda o Temperatura del Termómetro Húmedo Es la temperatura estacionaria que alcanza una pequeña masa de líquido sumergida. La temperatura de termómetro húmedo se determina a partir del siguiente ensayo. que al ser inferior a la del gas. Destilación Simple Consiste en la vaporización total de una mezcla con producción de vapor más rico en componentes volátiles de la mezcla líquida inicial. La destilación es una de las operaciones básicas más importantes de la industria química y permite separar los componentes de una mezcla liquida al estado de sustancias puras.1.2. Concepto La destilación es un proceso que consiste separar los distintos componentes de una mezcla por vaporización parcial de la misma.2. normalmente en estado líquido.TEMA 4 DESTILACION 4. Se puede llevar a cabo de dos maneras: Destilación de Equilibrio o cerrada Destilación Diferencial o abierta . 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. Para ello que se calienta esa sustancia.1. 4. quedando un residuo líquido en componentes menos volátiles. Tipos de destilación • • • • • • • Destilación simple Destilación fraccionada Destilación por vapor Destilación al vacío Destilación molecular centrífuga Sublimación Destilación destructiva 4. . Método de McCabe-Thiele El enfoque gráfico presentado por McCabe y Thiele. se considera el más simple y quizás el más ilustrativo para el análisis de la destilación binaria. Este método usa el hecho de que la composición de cada plato teórico (o etapa de equilibrio) está totalmente determinada por la fracción molar de uno de los dos componentes. Rectificación La operación de rectificación consiste en hacer circular en contracorriente. tales como calores de disolución y la transferencia de calor hacia y desde la columna de destilación se consideran despreciables. debido a que ambas fases deben conseguir un alto intercambio de materia.3. Las partes esenciales de una Columna de Rectificación son: Columna Calderín Condensador de Reflujo El tiempo de contacto entre la fase líquida y vapor es un factor muy importante. El método de McCabe-Thiele se basa en el supuesto de desbordamiento de molar constante que exige que: Los calores molares de vaporización de los componentes de la alimentación son iguales. Los efectos del calor.4. 4.4. Así para cada mol de líquido vaporizado se condensa un mol de vapor. el vapor de una mezcla con el condensado procedente del mismo vapor en un aparato denominado Columna de Rectificación. 4. 4. . debemos obtener los datos del equilibrio líquido-vapor para el componente de menor punto de ebullición de la alimentación. el conocimiento de las relaciones de equilibrio entre ambas fases es esencial para la resolución analítica de los problemas de Destilación. Relaciones de Equilibrio Para separar los componentes de una mezcla liquida por destilación es condición necesaria que la composición el vapor producido en la ebullición de la mezcla sea diferente de la composición del liquido de partida.5. por ello.4. El eje horizontal será para la fracción molar (identificado por x) del componente de menor punto de ebullición de la alimentación en la fase líquida.1. Figura 3: Típico diagrama de McCabe Thiele para la destilación mezcla de alimentación binaria. Construcción y uso del diagrama de McCabe-Thiele Antes de comenzar la construcción y uso de un diagrama de McCabe-Thiele para la destilación de una alimentación binaria. El eje vertical será para la fracción molar (identificado por y) también para el mismo componente pero en fase de vapor. a la relación entre su presión parcial de vapor y su concentración en la fase líquida. pero la relación L/V no puede descender por debajo de un valor que es función de la composición del destilado y de las condiciones de la alimentación.8.6. Reflujo Mínimo Para efectuar una separación determinada se puede elegir arbitrariamente una relación de reflujo L/V dentro de ciertos límites. .En todas las consideraciones nos referiremos a mezclas binarias. Volatilidad Relativa Se denomina volatilidad de un componente en una mezcla. según la cual: “La presión de vapor de cada componente es igual al producto de la fracción molar de dicho componente en la fase líquida por la tensión de vapor del componente puro a la misma temperatura”. 4.7. Este comportamiento ideal se presenta en mezclas cuyos constituyentes muestran gran semejanza química y se aproximan a este comportamiento las mezclas cuyos componentes tienen iguales presiones críticas. 4. Estas disoluciones obedecen a la Ley de Raoult. algunas de las relaciones de equilibrio más importantes son: Diagramas de Ebullición Diagramas de Presión de Vapor Diagramas de Equilibrio 4. Ley de Raoult Cuando se trata de disoluciones ideales se pueden determinar los datos para la construcción de los diagramas anteriores a partir de las tensiones de vapor de los componentes puros. A medida que se hace menor la Relación de Reflujo se hace mayor el número de platos necesarios. a este valor se denomina Reflujo Mínimo.