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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
8/15/2019 Semwqana 4 Teoría
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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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Análisis del número de variables en una corriente de flujo
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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Análisis del número de variables en una corriente de flujo
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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