UNIVERSIDAD TECNICA DE AMBATOFACULTAD DE CIENCI E INGENIERIA EN ALIMENTOS

INGENIERIA BIOQUIMICANombre: María Calderón

Belén Aguilar Andrés Castillo

Semestre: Sexto Único Bioquímica

Operaciones Unitarias:

En las industrias de procesos químicos y físicos, así como en las de procesos biológicos y de alimentos, existen muchas semejanzas en cuanto a la forma en que los materiales de entrada o de alimentación se modifican o se procesan para obtener los materiales finales de productos químicos o biológicos. Es posible considerar estos procesos químicos, físicos o biológicos, aparentemente distintos, y clasificarlos en una serie de etapas individuales y diferentes llamadas operaciones unitarias. Estas operaciones unitarias son comunes a todos los tipos de industrias de proceso.

Las operaciones unitarias estudian principalmente la transferencia y los cambios de energía, la transferencia y los cambios de materiales que se llevan a cabo por medios físicos, pero también por medios fisicoquímicos. A continuación se describen las operaciones unitarias importantes que se cubren en este libro, y que corresponden a aquellas que se pueden combinar en diversas secuencias en un proceso

El concepto de operación unitaria es el siguiente: mediante el estudio sistemático de estas operaciones en sí -operaciones que evidentemente constituyen la trama de la industria y los procesos- se unifica y resulta más sencillo el tratamiento de todos los procesos.

Puesto que las operaciones básicas son una rama de la ingeniería, éstas se basan igualmente en la ciencia y la experiencia. Hay que combinar la teoría y la práctica para diseñar el equipo, construirlo, montarlo, hacerlo funcionar y conservarlo.

Para un estudio equilibrado de cada operación es preciso considerar conjuntamente la teoría y los aparatos, lo cual constituye el objetivo de este libro

Número de Reynolds.

Es un valor determinado experimentalmente que nos indica el umbral de la turbulencia de un determinado fluido. Este valor se expresa en términos de una cifra adimensional mediante la fórmula:

Rn=ρvdη

Donde:

ρes la densidad del fluido.

v es la rapidez promedio de flujo.

d es el diámetro del conducto

η es la viscosidad

En un tubo con paredes lisas, el flujo es laminar si Rn es inferior a 2000. La turbulencia se establece cuando Rn es de alrededor de 2000 o más (Rn≥2000). Es posible la presencia de flujo laminar si Rn es superior a 2000, pero será un flujo inestable; cualquier trastorno ligero ocasionaría que se convierta en turbulento.

Tipos de Flujo de Fluidos.

1. Permanente o intermitente. En el flujo de régimen permanente, la velocidad de las partículas del fluido en cualquier punto es constante a través del tiempo. El flujo intermitente existe siempre que la velocidad en un punto del fluido cambia a través del tiempo. En particular, un flujo en alto grado intermitente es el flujo turbulento.

2. Compresible o incompresible. La mayoría de fluidos son incompresibles, es decir, su densidad es casi constante a medida que cambia la presión. Por otro lado los gases son compresibles.

3. Viscoso o no viscoso. Un líquido viscoso es aquel que no fluye con facilidad. El flujo de un fluido viscoso es un proceso que disipa energía que se efectúa en presencia de fricción cinética. Algunas veces, los fluidos no viscosos se denominan fluidos ideales.

4. Rotacional o irrotacional. Se dice que un flujo es rotacional cuando una parte del fluido presenta movimientos de rotación y traslación.

Tipos de Flujo.

a) Flujo de transición.

El primer régimen de transición es el que pasa de flujo tapón a régimen laminar, a medida que el caudal aumenta, los efectos de corte comenzarán a afectar las capas dentro del fluido y a reducir el tamaño del tapón en el centro del flujo. La velocidad aumentará desde el pozo hasta el borde del

tapón central. El perfil de velocidad es plano a través del tapón que tiene la mayor velocidad, y decae o disminuye a cero en la pared del conducto.

b) Flujo Laminar.Los términos flujo laminar y flujo puramente viscosos se usan como sinónimos para describir un líquido que fluye en laminas o capas. En el flujo laminar las partículas fluidas se mueven según trayectorias paralelas.

El flujo laminar está gobernado por la ley de la viscosidad de Newton y la viscosidad del fluido es la magnitud física predominante siendo su acción una forma de amortiguamiento para cualquier forma o tendencia a la turbulencia.

c) Flujo Turbulento.En un flujo turbulento las particulas fluidas se mueven en forma desordenada y caótica mueven en trayectorias erráticas, es decir, en trayectorias muy irregulares sin seguir un orden establecido, ocasionando la transferencia de cantidad de movimiento de una porción de fluido a otra, de modo similar a la transferencia de cantidad de movimiento molecular pero a una escala mayor.

Bombas

Una bomba es un aparato para mover un líquido. En las bombas la densidad del fluido es a la vez constante y elevada. Las diferencias de presión son generalmente considerables y se requiere una construcción robusta.Se pueden clasificar en:

Bombas de desplazamiento positivo.- En el primer gran tipo de bombas un volumen determinado de líquido queda encerrado en una cámara que, alternativamente, se llena desde la entrada y se vacía a una presión más alta a través de la descarga. Existen dos subclases de bombas de desplazamiento positivo. En las bombas alternativas la

cámara es un cilindro estacionario que contiene un émbolo, mientras que en las bombas rotatorias la cámara se mueve desde la entrada hasta la descarga y regresa nuevamente a la entrada.

Bombas alternativas.- Las bombas de émbolo, de émbolo macizo y de diafragma, son ejemplos de bombas alternativas. En una bomba de émbolo el líquido pasa a través de una válvula de entrada al interior del cilindro mediante la acción de un émbolo y posteriormente es forzado a través de una válvula de descarga durante la carrera de retroceso. La mayor parte de las bombas de émbolo son de doble efecto, es decir, el líquido es admitido alternativamente a cada lado del émbolo, de forma que una parte del cilindro se está llenando mientras la otra se está vaciando. Con frecuencia se utilizan dos o más cilindros en paralelo con cabezales de succión y descarga comunes, y la configuración de los pistones se ajusta con el fin de minimizar las fluctuaciones del flujo de descarga. El pistón puede ser accionado por un motor a través de una caja reductora o bien puede utilizarse una conexión directa a un cilindro accionado por vapor. La presión máxima de descarga de bombas de émbolo comerciales es del orden de 50 atm. En una bomba de diafragma el elemento alternativo es un diafragma flexible de metal, plástico o caucho. Esto elimina la necesidad de empaquetaduras o cierres que estén expuestos al líquido que se bombea, lo cual supone una gran ventaja cuando se manejan líquidos tóxicos o corrosivos.

(a) bomba de émbolo macizo

(b) bomba de diafragma

Bombas rotatorias.- Existe una gran variedad de bombas rotatorias de desplazamiento positivo. Tienen nombres como, bombas de engranaje,

de lóbulo, de husillo, excéntricas y de paletas. Al contrario que las bombas alternativas, las rotatorias no contienen válvulas de retención. Cuanto mejor sea el ajuste entre las partes móviles y las partes estacionarias menores son las fugas desde la cámara de descarga hacia la de succión; por otra parte, esto limita también la velocidad de operación. Las bombas rotatorias trabajan mejor con fluidos limpios y moderadamente viscosos, tales como aceites lubricantes ligeros. Puede operarse con presiones de descarga superiores a 200 atm.En las bombas de engranaje cilíndrico (Fig. a) los engranajes giran con buen ajuste dentro de la carcasa. El líquido entra a través de la tubería de succión por la parte inferior de la carcasa, es ocluido en los espacios que existen entre los dientes y la carcasa y circula periféricamente hacía la parte superior de la misma y tinalmente es lanzado hacia el punto de descarga. El líquido no puede volver a la cámara de succión debido al estrecho ajuste de los engranajes en el centro de la bomba.La bomba de engranaje interno (Fig. b) consta de una carcasa, dentro de la cual hay un piñón que engrana con una corona dentada. La corona dentada es coaxial con la carcasa, pero el piñón, que es movido desde el exterior, está montado excéntricamente. Una media luna metálica estacionaria llena el espacio que existe entre los dos engranajes. El líquido es transportado desde la entrada hasta el orificio de descarga por ambos engranajes, ocluido entre los dientes de los engranajes y la media luna.

(a) Bomba de engranajes cilíndricos (b) Bomba de engranajes internos

Bombas centrífugas. En la segunda clase más importante de bombas, la energía mecánica del líquido se aumenta por acción centrífuga. El líquido penetra a través de una unión de succión, concéntrica con el eje de una pieza que gira a gran velocidad, llamada impulsor o rodete. El rodete está provisto de álabes radiales solidarios con el mismo. El líquido circula hacia fuera, por el interior de los espacios que existen entre los álabes, y abandona el rodete con una velocidad mucho mayor que a la entrada del mismo. En una bomba que funciona normalmente, el espacio comprendido entre los álabes está totalmente lleno de líquido que circula sin cavitación. El líquido que sale periféricamente del rodete se recoge en una carcasa en espiral, llamada voluta, y sale de la bomba a través de un conducción tangencial de descarga. En la voluta, la carga de velocidad del líquido procedente del rodete, se convierte en carga de presión. El fluido recibe energía del rodete, que a su vez es transmitida

al mismo mediante el par de un eje giratorio, generalmente accionado mediante conexión directa a un motor de velocidad constante, del orden de 1750 rpm.

(a) Succión sencilla. (b) Succión doble

Clostridium botulinum

Es un bacilo gram positivo largo, anaerobio, que forma esporas subterminales.

Las esporas son altamente resistentes pudiendo sobrevivir en alimentos incorrectamente procesados.

Esta ampliamente distribuidos en la naturaleza, suelos, agua, vísceras de cangrejos y bivalvos y en el tracto intestinal de mamíferos.

Produce una potente neurotoxina de la que existen siete tipos: A, B, C, alfa, D, E, F y G. Es posible dividir a los organismos en cuatro tipos (I a IV) según la toxina que producen y su actividad proteolítica.

Los pertenecientes al grupo I producen toxinas A, B o F y son proteolíticas en los cultivos. Los del grupo II producen toxinas B, E o F y no son proteolíticos.

La enfermedad humana está vinculada a los tipos I y II y a la toxina A principalmente.

PATOGENIA

La neurotoxina de C. botulinum es una proteína de 150.000 daltons con una subunidad A (cadena ligera o A) con actividad neurotóxica y una subunidad B (cadena pesada o B) que protege a la neurotoxina de la acción de los ácidos gástricos.

La toxina es ingerida junto con los alimentos, son absorbidas a nivel duodenal y actúan a nivel de las vesículas sinápticas colinérgicas impidiendo la liberación de acetilcolina. Como resultado de esta acción el paciente desarrolla parálisis fláccida, pudiendo morir por parálisis respiratoria.

EPIDEMIOLOGIA

La toxiinfección alimentaria se manifiesta en brotes por ingesta de alimentos comercialmente preparados pero más frecuentemente por vegetales, frutas y pescados en preparaciones caseras de tipo mermeladas, pimientos, condimentos para carnes, etc.

CLINICA

Después de 12 a 36 horas de la ingesta del alimento contaminado, el paciente presenta náuseas, sequedad de boca y diarrea.

La enfermedad progresa a debilidad y parálisis descendente, fláccida y bilateral de los músculos periféricos, llegando después a la parálisis respiratoria. Si el paciente no muere la recuperación es lenta, pudiendo llevar años el restablecimiento de las terminaciones nerviosas afectadas

La toxina botulínica es un péptido, relativamente termolábil que está compuesto por una cadena pesada (cadena H ) y una liviana (cadena L ) unidas por un puente disulfuro. La cadena ligera se asocia con un átomo de zinc.

La botulina es soluble en agua, inodora, insabora e incolora y puede ser inactivada por medio de calor usando 85 grados centígrados al menos durante cinco minutos o al punto de ebullición durante 10 minutos. También se puede inactivar con formaldehído o lejía y agua con jabón o con los métodos usuales de potabilización del agua (clorinación, aireación, etc).1

La fórmula química es: C6760H10447N1743O2010S32

El peso molecular de la toxina pura es de unos 150.000 daltons (según el tipo) pero en forma natural está ligada a proteínas (que la protegen por ejemplo de la acción de los jugos gástricos) formando complejos de 900 o más kdaltons.

BIBLIOGRAFIA

CUTNELL J. y KENNETH J. “Fisica” editorial Limusa S.A. tercera edición Balderas - México 1995

CROWE C. - ELGER D. - ROBERSON J. “Mecánica de Fluidos” editorial Continental séptima edición México DF- México 2006

GEANKOPLIS, C. Proceso de transporte dy operaciones unitarias; Tercera edición; Cecsa; Mexico 1998, pag 3 - 5

DUARTE Arturo “Introducción a la Mecánica de Fluidos” Serie notas de clase Universidad Nacional de Colombia Facultad de Ingeniería. 2008

MCCABE W, SMITH J, HARRIOTT P. OPERACIONES UNITARIAS EN INGENIERIA QUIMICA, Cuarta edición, España, 1991, pag 198 – 214

MANDELL G, Principles and Practice of Infectious Diseases, 1995

WILSON J. Física, Segunda edición, Mexico, 1996, pag 641 - 653