El jabón básicamente es una sal sódica o potásica resultante de la reacción química entre un álcali (hidróxido de sodio o de potasio) y un lípido; esta reacción se denomina saponificación. El lípido puede ser de origen vegetal (como el aceite de coco) o animal (como la manteca de cerdo). El jabón es soluble en agua. Por sus propiedades detersivas se utiliza para el lavado de ropa, limpieza corporal, etc.
Los ácidos grasos que se utilizan como materia prima del jabón son los siguientes: Aceites vegetales: coco, soja, maíz, oliva, lino, algodón.
Aceites animales: de pescado, grasas animales.
Luego, estos se combinan con cremas, perfumes y colorantes para darles vistosidad.
Tradicionalmente, es un material sólido. En realidad, la forma sólida es el compuesto «seco», sin el agua que se emplea en la reacción mediante la cual se obtiene el jabón. La forma líquida es el jabón «disuelto» en agua. En este caso, su consistencia puede presentar distintas viscosidades.
Para preparar jabón antibacteriano, se pueden agregar compuestos como triclosán o triclocarbán. Existe cierta preocupación de que el uso de jabones antibacterianos y otros productos pueda fomentar la resistencia a los antimicrobianos en los microorganismos.
Algunos de los más conocidos tipos de jabones son:
La pirólisis es una técnica de conversión energética, la cual consiste en la descomposición térmica de la materia orgánica en ausencia de oxígeno, los residuos desprendidos a causa de la pirólisis pueden ser condensables en otro medio.
Las reacciones químicas realizadas durante el proceso de pirólisis incluyen descomposición térmica y por lo tanto un arreglo entre los átomos en una molécula. Estas reacciones son muy complejas y dependen de varios factores la temperatura es de las principales variables que influyen en el acomodo de las moléculas.
Uno de los grandes beneficios del uso de la pirólisis es que permite reducir de manera importante el volumen de residuos, lo que tiene un impacto directo en la cantidad de residuos almacenados en vertederos y reduce el impacto ambiental.
Otro gran beneficio del uso de la pirólisis, es la capacidad de generación de energía y de recuperación de residuos. Gracias a este método, podemos utilizar combustibles generados a través de pirólisis como fuentes de energía alternativa.
La sedimentación es un proceso natural o artificial donde las partículas sólidas, más densas que el fluido en el que están suspendidas, se depositan en el fondo por acción de la gravedad.
Muchos métodos de separación mecánica se basan en la sedimentación de las partículas sólidas o gotas de líquido a través de un fluido, impulsadas por la fuerza de gravedad o por la fuerza centrífuga. El fluido puede ser un gas o un líquido; puede estar en movimiento o en reposo. En algunos casos, el objetivo del proceso es separar las partículas de una corriente de fluido con el fin de eliminar contaminantes del fluido o bien recuperar las partículas, como en el caso de eliminación de polvos y humos del aire o gases de combustión, o la separación de sólidos de líquidos residuales. En otros problemas, las partículas se suspenden deliberadamente en fluidos con el fin de obtener separaciones en fracciones de diferentes tamaños o densidades. Entonces el fluido es recuperado a veces para reutilizarse a partir de partículas fraccionadas.
Si una partícula comienza en reposo con respecto al fluido en el que está inmerso y después se mueve a través del fluido por la acción de una fuerza externa, su movimiento se divide en dos etapas. La primera de ellas es un periodo corto de aceleración durante el cual la velocidad aumenta desde cero hasta la velocidad terminal. La segunda etapa es el periodo de velocidad terminal.
Puesto que el periodo de aceleración inicial es corto, por lo general e¿del orden de las décimas de segundo o menos, los efectos de la aceleración inicial son de pequeña duración. Por otra parte, las velocidades terminales pueden mantenerse durante el tiempo que las perdidas estén bajo tratamiento en el equipo. Algunos métodos de separación, tales como el cribado hidráulico y las mesas de sacudidas, dependen de la diferencia de comportamiento de las partículas durante el periodo de aceleración.
Las partículas más pesadas que el fluido en el que están suspendidas pueden separarse de un gas o un líquido en un tanque de sedimentación grande, donde la velocidad de fluido es baja y las partículas tienen tiempo suficiente para sedimentar. Sin embargo, los dispositivos sencillos de este tipo tienen una utilidad limitada debido a que la separación no es completa y se requiere mucha mano de obra para retirar las partículas sedimentadas del fondo del tanque.
Casi todos los separadores industriales están provistos de un sistema para la separación continua de los sólidos sedimentados. La separación puede ser parcial o prácticamente completa. Un sedimentador que separa casi todas las partículas de un líquido se conoce como un clarificador, mientras que un dispositivo que separa los sólidos en dos fracciones recibe el nombre de clasificador. A ambos tipos de aparatos se aplican los mismos fundamentos de sedimentación.
La separación por gravedad bajo condiciones de sedimentación impedida se utiliza con frecuencia para convertir una suspensión diluida de partículas finas dentro de un liquido clarificador y una suspensión concentrada. El proceso se efectúa en unos tanques grandes abiertos llamados espesadores o clarificadores. La suspensión concentrada, o lodo, se filtra para producir un producto mas seco, pero el costo de la etapa de filtración es mucho menor que si la suspensión original se filtrara directamente. El liquido clarificador esta libre o casi libre de partículas suspendidas, y puede reutiliarse como agua para proceso o descargarse como desecho.
[1] Sedimentación discontinua
Industrialmente, el proceso que se acaba el proceso de sedimentación a gran escala se realiza en equipos llamados espesadores. Para partículas que se sedimentan con una velocidad relativamente grande puede resultar adecuado un tanque de sedimentación discontinuo o bien un cono de sedimentación continuo. Sin embargo, para numerosas funciones es preciso emplear un espesor agitado de manera mecánica. Es un tanque grande, relativamente poco profundo, provisto de unos rastrillos o rasquetas radiales que se mueven muy lentos accionados desde un eje central. Su fondo puede ser plano o ligeramente cónico. La suspensión de alimentación diluida fluye desde un canal o artesa inclinada hacia el centro del Espesador. La suspensión de alimentación siendo más densa que el agua, tiende a fluir hacia abajo hasta que alcanza una zona de igual densidad. Entonces se mueve radialmente hacia fuera a una velocidad decreciente de manera constante, y el flujo que se mueve hacia arriba que está casi libre de sólidos. El líquido se mueve radialmente con una velocidad decreciente en forma constante, permitiendo que los sólidos se sedimenten en el fondo del tanque. El líquido claro rebosa hacia un canal por parte superior del tanque. Los brazos del rastrillo agitan con suavidad los lodos y los desplazan hacia el centro del tanque, de donde se retiran a través de una gran abertura que comunica con la entrada de una bomba de lodos. En algunos diseños, los brazos del rastrillo están pivotados de tal forma que pueden ascender para vencer cualquier obstrucción como terrones o barros endurecidos que pudieran existir en el fondo del tanque.
Los espesadores agitados mecánicamente por lo general son grandes, con valores de 10 a 100 m (30 a 300 ft) de diámetro y 2.5 a 3.5 m (8 a 12 ft) de profundidad. En un Espesador grande los rastrillos pueden efectuar una revolución cada 30 minutos. Estos espesadores resultan en especial útiles cuando es preciso tratar grandes volúmenes de una suspensión diluida que debe espesarse, como en el caso de la fabricación de cemento o en la obtención de magnesio a partir de agua de mar. También se utiliza ampliamente en el tratamiento de aguas. La pulpa de alimentación es admitida por la línea central de la unidad a una profundidad aproximada de 1 m por debajo de la superficie del líquido. Arriba del nivel de alimentación esta una zona de clarificación en la cual el líquido está casi libre de sólidos. Por debajo del nivel de alimentación esta una zona de sedimentación impedida y, cerca del fondo, una zona de compresión en la que la concentración de sólidos es alta. Estas zonas de sedimentación se analizan más adelante en esta sección.
[1] Espesador por gravedad.
El volumen de líquido claro producido en una unidad de tiempo por un espesador continuo depende fundamentalmente del área de la sección transversal disponible para la sedimentación, siendo en los sedimentadores industriales casi independiente de la profundidad del líquido. Por lo tanto, las mayores capacidades por unidad de área transversal del tanque se obtienen utilizando un Espesador de bandejas múltiples, con varias zonas de sedimentación poco profundas, situadas una encima de otra, en un tanque cilíndrico. Unos agitadores de rastrillos o rasquetas hacen descender los lodos sedimentados desde una bandeja hasta la siguiente. En estos dispositivos se puede realizar un lavado en contracorriente de múltiples etapas. Sin embargo, su diámetro es considerablemente menor que el de los espesadores de una sola etapa.
Una partícula determinada sedimenta por acción de la gravedad en un fluido dado con una velocidad máxima constante. Para aumentar la velocidad de sedimentación, la fuerza de gravedad que actúa sobre la partícula puede sustituirse por una fuerza centrífuga mucho más intensa. Los separadores centrífugos han sustituido en buena parte a los separadores por gravedad en las operaciones de producción debido a su mayor efectividad con gotas finas y partículas, así como por sus tamaños mucho menor para una determinada capacidad.
Bibliografía
Mc Cabe W. L., Smith J. C. & Harriott P. Operaciones Unitarias en Ingeniería Química. 7ma edición. Mc Graw Hill. 2007.
El secado consiste en separar pequeñas cantidades de agua u otro liquido de un material solido con el fin de reducir el contenido de líquido residual hasta en valor aceptablemente bajo. El secado es por lo común la etapa final de una serie de operaciones y con frecuencia, el producto que se extrae de un secador está listo para ser empaquetado.
El agua u otros líquidos pueden separarse de los sólidos de manera mecánica mediante prensas o centrifugas, o bien de modo térmico mediante evaporación. Por lo general, resulta más barato eliminar líquidos por métodos mecánicos que por métodos térmicos, y por esta razón es aconsejable reducir el contenido de líquido tanto como sea posible antes de alimentar el material a un secador térmico.
El contenido de líquido de una sustancia seca varia de un producto a otro. En ocasiones, el producto no contiene líquido, por lo que recibe el nombre de totalmente seco; pero lo más frecuente es que el producto contenga algo de líquido. El secado es un término relativo y solo significa que hay una reducción del contenido de líquido desde un valor inicial hasta algún valor final aceptable.
Los sólidos que se secan presentan diferentes formas –escamas, gránulos, cristales, polvos, hojas o laminas continuas- y poseen propiedades muy diferentes. El líquido que ha de vaporizarse puede estar sobre la superficie del sólido o completamente en el interior del sólido o en ambas partes. La alimentación de algunos secadores es un líquido en el que está suspendido el sólido en forma de partículas o en la solución. En el mercado exista un gran número de tipos de secadores comerciales. Las diferencias residen fundamentalmente en la manera en que los sólidos se mueven en la zona de secado y en la forma en la que se transfiere el calor.
No existe una forma sencilla de clasificar el equipo de secado. Algunos secadores son continuos, mientras que otros operan de manera discontinua o por cargas; algunos mantienen en agitación los sólidos y otros no. Para reducir la temperatura de secado puede operarse con vacío. Existen secadores que pueden operar con cualquier tipo de material, mientras que otros presentan limitaciones debido a la clase de alimentación que pueden aceptar.
Los equipos de secado se clasifican en; 1) secadores en los que el solido se encuentra directa,mente expuesto a un gas caliente (por lo general aire); 2) secadores en los que el calor es transferido al solido desde un medio externo tal como vapor de agua condensante, generalmente a través de una superficie metálica con la que el solido esta en contacto y 3) secadores que son calentados por energía dieléctrica, radiante o de microondas. Los secadores que exponen los sólidos a un gas caliente se llaman secadores directos o adiabáticos; aquellos en los que el calor es transferido desde un medio externo reciben el nombre de secadores indirectos o no adiabáticos. Algunas unidades combinan el secado adiabático y no adiabático, y se denominan secadores directos-indirectos. Algunas unidades tienen mas de un medio de transferencia de calor, como gas caliente mas una superficie calentada o gas caliente mas radiación.
La mayor parte de los secadores industriales operan con partículas de sólidos durante todo el ciclo de secado, o una parte de el aunque, por su puesto, algunos secan grandes piezas individuales, tales como vasijas de cerámica o laminas de un polímero. En los secadores adiabáticos los sólidos están expuestos al gas en algunas de las formas siguientes:
El gas circula sobre la superficie de un lecho o una lamina de sólidos, o bien sobre una o ambas caras de una lamina o película continua. Este proceso se llama secado con circulación transversal.
El gas circula a través de un lecho de sólidos granulares gruesos que están soportados cobre un tamiz. Este proceso recibe el nombre de secado con circulación a través del sólido. Como en el caso del secado con circulación transversal, la velocidad del gas se mantiene baja para evitar el arrastre de partículas sólidas.
Los sólidos descienden en forma de lluvia a través de una corriente gaseosa que se mueve lentamente, con frecuencia dando lugar a un arrastre no deseado de las partículas finas en el gas.
El gas pasa a través de los sólidos con una velocidad suficiente para fluidizar el lecho. Inevitablemente se produce arrastre de las partículas más finas.
Los sólidos son totalmente arrastrados por una corriente gaseosa de alta velocidad y transportados de manera neumática desde un dispositivo de mezcla hasta un separador mecánico.
[1] Modelos de interacción gas-solido en los secadores: a) flujo de as sobre un lecho estático de sólidos; b) flujo de gas a través de un lecho de sólidos preformados; c) acción de lluvia en un secador rotatorio; lecho fluidizado de solido; e) flujo en paralelo gas-solido en un secador súbito de transporte neumático.
En los secadores no adiabáticos el único gas a separar es el agua o disolvente que se vaporiza, aunque en ocasiones se hace circular a través de la unidad de una pequeña cantidad de “gas de barrido” (con frecuencia aire o nitrógeno). Los secadores no adiabáticos difieren principalmente en la forma en la que los sólidos se exponen a la superficie caliente u otra fuente de calor. Las modalidades son las siguientes:
Los sólidos se esparcen sobre una superficie horizontal estacionaria o que se desplaza lentamente y se “cuecen” hasta que se secan. La superficie se calienta eléctricamente o mediante un fluido de transferencia de calor, como vapor de agua o agua caliente. De manera alterna, el calor puede aplicarse por medio de un calentador radiante situado encima del sólido.
Los sólidos se mueven sobre una superficie caliente, por lo general cilíndrica, por medio de un agitador o un transportador de tornillo o de palas.
Los sólidos se deslizan por gravedad sobre una superficie inclinada caliente o bien son transportados en sentido ascendente por la superficie durante un tiempo y deslizándose posteriormente hasta una nueva localización.
Debido a la gran variedad de materiales que se secan en equipos comerciales y a los muchos tipos de equipos que se utilizan, no existe una sola teoría de secado que comprenda todos los materiales y tipos de secadores. Las variaciones posibles en forma y tamaño de los materiales, de los equilibrios de humedad, de los mecanismos del flujo de humedad a través del sólido, así como en el método de transferencia de calor que se requiere para la vaporización, impiden que exista un tratamiento unificado. los usuarios rara vez diseñan los secadores, más bien se adquieren a compañías especializadas en la ingeniería y fabricación de este tipo de equipos.
Existen un numero extenso de secadores comerciales que se pueden dividir en dos grupos: secadores para sólidos granulares o rígidos y pastas semisólidas; o secadores que aceptan alimentaciones liquidas o suspensiones.
Secadores
[1] Secador de plato perforado. A) Entrada de aire, B) Conducto de descarga, C) Ventilador, D) Motor, E) Calentadores, F), G) Placas deflectoras, H) Bastidores, I) Ruedas
[1] Secador de tamiza transportador con circulación a través de sólidos
[1] Turbosecador
[1] Secador rotatorio calentado con aire en contracorriente: A, carcasa del secador; B, rodillos para el soporte de la carcasa; C, engranaje; D, campana de descarga de aire; E, ventilador de descarga; F. conducto de alimentación; G, pestañas elevadoras; H, descarga de producto; J, calentador de aire.
[1] Secador continuo de lecho fluidizado
[1] Secador de pulverización con flujo paralelo
[1] Secador de película delgada “combi”.
[1] Secador de doble tambor con alimentación central.
Bibliografía
Mc Cabe W. L., Smith J. C. & Harriott P. Operaciones Unitarias en Ingeniería Química. 7ma edición. Mc Graw Hill. 2007.
El tamizado es un método de separación de partículas basado exclusivamente en el tamaño de las mismas. En el tamizado industrial, los sólidos se colocan sobre la superficie del tamiz. Las partículas de menor tamaño, o finos, pasan a través de las aberturas del tamiz; mientras que las de mayor tamaño, o colas, no pasan. Un solo tamiz puede realizar una separación en dos fracciones. Se les llama fracciones no clasificadas, ya que, aunque se conozca el límite superior o inferior de los tamaños de partícula de cada una de las fracciones, no se conoce el otro limite. El material que se hace pasar a través de una serie de tamices de diferentes tamaños se separa en fracciones clasificadas por tamaños, es decir, fracciones cuyas partículas se conocen por su tamaño máximo y mínimo. En ocasiones, el tamizado se realiza en húmedo, si bien lo más frecuente es operar en seco.
Movimientos de tamices:
a) giro en un plano horizontal;
b) giro en un plano vertical;
c) giro en un extremo y sacudida en otro;
d) sacudida;
e) vibración mecánica;
f) vibración eléctrica.
Los tamices industriales se construyen con tela metálica, telas de seda o plástico, barras metálicas, placas metálicas perforadas, o alambres dispuestos en sección transversal triangular. Se utilizan diferentes metales, siendo el acero al carbón y el acero inoxidable los mas frecuentes.
Los intervalos de malla de los tamaños de los tamices estándar están comprendidos entre 4 in y 400 mallas y se dispone de tamices comerciales de tela metálica con aberturas tan pequeñas como una micra. Sin embargo, los tamices mas finos, aproximadamente de 150 mallas, no se utilizan habitualmente debido a que con partículas muy finas generalmente resultan más económicos otros métodos de separación.
Existen una gran variedad de tamices para distintas finalidades. En la mayoría de los tamices, las partículas pasan a través de las aberturas por gravedad; pero en algunos diseños las partículas son forzadas a través del tamiz por medio de un cepillo o mediante fuerza centrífuga. Las partículas más gruesas pasan con facilidad a través de aberturas grandes en una superficie estacionaria pero las finas precisan de alguna forma de agitación, tales como sacudidas, rotación o vibración mecánica o eléctrica.
[1] Tamiz de rotación vertical para servicio pesado; b) tamiz de rotación horizontal.
Bibliografía
Mc Cabe W. L., Smith J. C. & Harriott P. Operaciones Unitarias en Ingeniería Química. 7ma edición. Mc Graw Hill. 2007.
La vulcanización es un proceso en el cual se somete una goma natural o sintética (caucho, hule, etc.) a un calentamiento en presencia de azufre, con la finalidad de cambiar sus características y otorgarles mayor dureza y resistencia frente a las condiciones del medio ambiente. La vulcanización permite a la goma, o polímero relacionado, mantener su elasticidad tanto en caliente como en frío.
La vulcanización es un proceso sumamente importante en la industria, ya que permite mejorar las propiedades mecánicas de la goma. En otras palabras, la vulcanización es un proceso químico, en el cuál se convierte una goma o un polímero relacionado, en un material mucho más resistente, impermeable y duradero mediante la adición de azufre u otros aditivos equivalentes o curativos, con el fin de obtener una goma vulcanizada. Los aditivos adicionados a la goma la modifican mediante la formación de puentes o enlaces químicos cruzados entre las cadenas de polímeros que conforman la goma.
El material vulcanizado tiende a ser menos pegajoso que la goma original, lo que evita que éste se adhiera a superficies metálicas o plásticas. El curado obtenido por la vulcanización es un proceso irreversible, es decir, no hay manera de regresar a las características originales de la goma, y aunque existen formas de retirar la mayor cantidad de azufre posible para poder reciclarlos, hay que tener en cuenta que las características del material vulcanizado son muy similares a las de un plástico termoestable, lo que le impide fundirse para poder ser moldeado nuevamente.
La principal importancia de la vulcanización, es que permite obtener un material mucho más resistente y flexible que el material original (gomas naturales o sintéticas).
La vulcanización se logra por el entrelazamiento de las moléculas filiformes que conforman la goma natural o sintética. Este entrecruzamiento se debe a la acción del azufre, ya que a determinadas circunstancias (por ejemplo, altas temperaturas) podrá formar cadenas con sus propios átomos. Este efecto es aprovechado para la vulcanización, ya que las gomas (naturales o artificiales) cuentan con sitios muy atractivos en sus moléculas para los átomos de azufre. Estos sitios (llamados también sitios de cura) permiten al átomo de azufre unirse a sí mismo, dando como resultado la creación de una cadena que va creciendo hasta unirse a otra molécula de goma. Estos puentes de azufre tienen una longitud que abarca entre los 2 y los 10 átomos.
[1] Proceso de vulcanización con azufre.
Para lograr que el proceso de vulcanización sea mucho más rápido, se añaden aceleradores a las gomas, junto con el azufre. Por lo general, se trata de derivados del ácido de ditiocarbomina y del mercaptobenzotiazol, entre otros.
[1] Reacción acelerada de la vulcanización de la goma con MBTS.
El proceso industrial de vulcanización se logra colocando la materia prima (goma) bajo presión en moldes especiales, a una temperatura superior a los 150 °C dependiendo del tamaño de la pieza a vulcanizar. La duración varía y puede ser de algunos minutos a varias horas.
La vulcanización es un proceso que depende de la temperatura y el tiempo. A medida que la temperatura aumenta, se requiere que se eleve la velocidad de vulcanización. No obstante, el uso de temperaturas elevadas para minimizar el tiempo de vulcanizado es un enfoque que tiene límites, de hecho, los materiales vulcanizados pueden dañarse al utilizar temperaturas excesivas, llegando incluso a una descomposición química del producto.
Por lo general, estos procesos utilizan diferentes maquinarias para realizar el laminado y el estrusionado. En muchos procesos se utilizan moldes calientes a altas presiones, y en otros, se utilizan moldes calentados por vapor. Asimismo, también suelen utilizarse diferentes aceleradores, mientras que, en otros procesos, se utilizan hornos de vulcanizado y autoclaves.
Esos son elementos o compuestos formados por una concentración de materiales sólidos, líquidos, o gaseosos de origen natural, que se encuentran en la corteza terrestre o sobre la misma.
La mayor parte de los minerales no son renovables y estos pueden clasificarse en grupos como minerales metálicos o menas, minerales y rocas industriales y combustibles fósiles.
Se definen como aquellos elementos de la naturaleza que proveen de bienes materiales y servicios valiosos para las sociedades humanas, contribuyen a su bienestar y desarrollo de manera directa como lo son las materias primas, minerales y alimentos, o de manera indirecta como lo son servicios ecológicos para que la vida en el planeta permanezca como el agua, el suelo, el aire y la biodiversidad.
Estos recursos pueden clasificarse como renovables o no renovables. Los recursos renovables tienen la capacidad de regenerarse a medida en que se extraigan a una tasa menor a la de su recuperación natural. En contraparte los recursos no renovables tienen una capacidad limitada de extracción y aprovechamiento en espacio y tiempo.
Muchos de los recursos de un insumo se encuentran en bruto en la naturaleza y las reservas son el porcentaje de tales insumos que pueden ser extraídos, unos pueden ser renovados y otros carecen de esta cualidad volviendo limitados los recursos.
Por lo que es importante disponer de materia primas para poder cubrir nuestras necesidades.
Es el profesional encargado de desarrollar, diseñar y supervisar operaciones industriales.
Muchos de ellos trabajan en fábricas y se encargan de la producción y el control de calidad de los productos. Por ejemplo, Bimbo, Infra, Dupont, Celanese.
También laboran en las empresas que son llamadas Firmas de Ingeniería, ejemplo de ello en México son ICA, PEMEX, CFE.
Otras empresas en las que incursiona son las gubernamentales en las que proporcionan servicios de mantenimiento y suministros de servicios como agua, electricidad. Comisión Nacional del Agua y CFE
Finalmente, están las compañías pequeñas y grandes que proporcionan servicios de mantenimiento, ingeniería y asesoría a los procesos y fábricas, mediante el suministro de equipos y adecuación de los procesos. Vendedores de bombas, filtros, Inter cambiadores, destiladoras, recipientes, etc. son los más solicitados.
