Semwqana 4 Teoría

8/15/2019 Semwqana 4 Teoría

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UNIVERSIDAD NACIONAL DELCENTRO DEL PERÚ

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

CURSO DISEÑO DE EQUIPOS Y

SELECCIÓN DE MATERIALES

ING. LUIS MIGUEL PÉREZ SOLIS2016-I


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TEMA:

ESTRATEGIAS DESISTEMAS

Semana 4


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Introducción

Un aspecto importante de los problemas de balance

de materia y energía combinados es la forma de

garantizar que las ecuaciones de proceso estén

correctamente determinadas, es decir, tener por lomenos una solución, y es de esperar no más de una

solución. La pregunta es: ¿Cuántas variables son

desconocidas, y por lo tanto cuales deben ser

especificados en un problema?


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Casos

1. < , < 0: El sistema esta sobre

especificado y no tiene solución.

2. < , > 0 : Con el objeto de

definir el sistema se necesitan

relaciones adicionales, que pueden ser enforma de valores establecidos de algunas

variables de diseño.

3. = , = 0 : El sistema está

completamente definido y tiene solución.

Si el sistema es lineal, la solución es única;si el sistema es no lineal, pueden existir

soluciones múltiples para el problema en

cuestión.


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ConsideracionesEl análisis de los grados de libertad para un proceso

asume que el proceso es un proceso de flujo en estadoestacionario como comúnmente asumido en el diseño.

Ambas variables extensivas e intensivas se incluyen en el

análisis de los grados de libertad. ¿Qué tipos de variables

se tienen en cuenta?:

• Temperatura

• Presión

• Flujo másico de cada componente en cada corriente,

o la concentración de cada componente más el flujo

total.

• Entalpías específicas (dadas en términos detemperatura y presión)

• Flujos de calor, trabajo (en el balance de energía)

• Razón de reciclo

• Especificaciones

• Grado de extensión de la reacción o conversión.


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Análisis del número de variables en una corriente de flujo

a) Número de variables :

• Existen dos formas de especificar el número de variables

asociadas con una corriente de procesos (variables de

corriente de fase singular donde no ocurre reacción química;

con más de una fase, cada fase debería ser tratada como una

corriente separada).

• Si definimos a como el número e componentes o especies

en la corriente, se tiene:


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El conteo para el número de composiciones es − 1 y no porque existe la restricción implícita que la suma de las

fracciones másicas o molares sean igual a 1.


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Se puede concluir que el número de variables necesarias para

especificar una corriente completamente está dada:

= + 2


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Número de ecuaciones :

• ¿Qué tipo de ecuaciones están involucradas en el análisis de los

grados de libertad?

1. Balances de materia independientes para cada especie (el

balance total o global puede sustituir a uno de los balances

parciales).

2. Balance de energía.3. Relaciones de equilibrio de fases, ecuaciones que dan

composiciones entre una especie que existe en dos o más fases.

4. Relaciones de equilibrio químico.

5. Relaciones implícitas, como la concentración de alguna especie

es 0 en una corriente.

6. Relaciones explícitas , como la fracción de condensado en unacorriente.

7. Extensión de la reacción o porcentaje de conversión

especificada.


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Ejemplo:

• Examinar la siguiente figura, la cual muestra un simple proceso

isotérmico e isobárico en estado estacionario


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(= = 3)


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Determinación de los grados de

libertad en procesos yoperaciones unitarias de laingeniería química


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1. MEZCLADOR

Consideraciones:

• Asumiendo que el flujo W = 0. Pero Q no.


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1. MEZCLADOR


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2. DIVISOR DE CORRIENTE

Consideraciones:

• Asumiendo que los flujos Q = W = 0 y que el balance de

energía no es applicable al proceso. Las temperaturas,

presiones y las composiciones de la entrada y las salidas

son idénticas.


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2. DIVISOR DE CORRIENTE


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3. INTERCAMBIADOR DE CALOR

Consideraciones:

• Asumiendo que el flujo W = 0. Pero Q no.


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3. INTERCAMBIADOR DE CALOR


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4. BOMBA

Consideraciones:

• Asumiendo que el flujo Q = 0, pero W no.


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4. BOMBA


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5. Tanque con agitación perfecta conteniendo una mezclade dos fases

Consideraciones:

• Asumiendo que el flujo W = 0, pero Q no.

• Coexisyen dos fases en equilibrio dentro del Sistema, lasCorrientes entrando y saliendo del Sistema se encuentran en

una sola fase.

• Por la definición de equilibrio amabs fases se encuentran a la

misma temperature y presión.

• Se conoce la ecuación que relaciona la composición de una

especie en ambas fases.


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5. Tanque con agitación perfecta conteniendo una mezclade dos fases


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SEPARACIÓN ISOTÉRMICA


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SEPARACIÓN ISOTÉRMICA


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SISTEMA REACCIONANTE


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