presentación del módulo equipos industriales

8/20/2019 Presentación Del Módulo Equipos industriales

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PROCESOS Y EQUIPOSINDUSTRIALES 2

Clase 1

Presentación el MóduloSistemas de unidades

Balance de materia MULTI COMPONENTES en estado estacionario

Ingeniería Civil Industrial

Prof. Gonzalo García G.

11 de agosto de 2015


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PROCESOS Y EQUIPOSINDUSTRIALES 2

Profesor:

Gonzalo García G.e-mail: [email protected]


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OBJETIVOS Y CONTEXTO DEL CURSO

PROCESOS Y EQUIPOS INDUSTRIALES 2

Contempla conocimiento, comprensión y dominio de los tópicos:

Operaciones Unitariasy aplicaciones a

Procesos IndustrialesIntegrados

Procesos reactivos y degeneración de energía.

Representación de procesos

Diagramas de Flujo,Instrumentación e Ingeniería

Configuración de

Proyectos

Tecnológicos y de

innovación

Conocer, entender, calcular y diseñar sistemas integrados de procesos y equiposindustriales asociados al desarrollo e implementación de proyectos tecnológicos del

sector industrial


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EVALUACIONES DEL CURSO

3 PRUEBASCÁTEDRA

NP=75% NIV=10%

INFORMETÉCNICO VISITA

INDUSTRIAL

NLTG=15%

3 TALLERESGRUPALES CÁLCULO

DE PROCESOSINTEGRADOS

NVT NTG NP NP NP NFM 10,015,025,025,025,0 321


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Procesos y Equipos Industriales 2

PRUEBA RECUPERATIVA martes 01 de diciembre

PRUEBA OPCIONAL martes 08 de diciembre

FECHAS DE EVALUACIONES

INFORME TÉCNICO: Visita Industrial 10%


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Observaciones y Requerimientos

CONDICIONES GENERALES DEL MÓDULO

1. Si el alumno tiene 2 pruebas con nota menor a 4,0 la nota de presentación es:

NP=0,50 NOTA PRUEBA


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BIBLIOGRAFIA

BASE

• Mecánica de Fluidos, Sexta Edición- Robert L. Mott

• Principios Básicos y Cálculos en Ingeniería Química – David M. Himmelblau, Sextaedición

• Smith Van Ness. Introducción a la Termodinámica en Ingeniería Química.

• Kern. Procesos de Transferencia de Calor. CECSA.

• Manual del ingeniero Químico-Perry

• Riclaytis, Cálculo de Procesos en Ingeniería Química

COMPLEMENTARIA

• La Producción de Energía mediante el Vapor de Agua, el Aire y los Gases SevernsWillian Harrison

• Geankoplis C. Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias. EditorialContinental


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PLAN CLASE A CLASE


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DIA

TEMA

UNIDAD 1

SISTEMAS DE UNIDADES Y BALANCE DE MATERIA Y ENERGÍAMULTIPROCESOS

Sesión 1

Martes 11 de agosto Clase Teórica 1 Presentación del Syllabus del curso, contenido y programación

de evaluaciones Sistema internacional de unidades, equivalencias de unidades

SI-Sistema Tradicional de USA

Balance de masas multicomponentes en estado estacionario,análisis de grados de libertad y cálculo de procesos en sistemas

sin reacción química en estado estacionario.

Sesión 2 Martes 18 de agosto

Clase Teórica 2 Balance de masas multicomponentes en estado estacionario,

análisis de grados de libertad y cálculo de procesos en sistemassin reacción química en estado estacionario. Ejercicios deaplicación.

Balance molar multicomponentes, análisis de grados de libertady cálculo de procesos en sistemas con reacción química enestado estacionario. Teoría y ejercicios aplicados.

Estequiometría de las reacciones químicas y balance demateria. Reactivo limitante y reactivo en exceso.


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Sesión 3 Martes 25 de agosto

Clase Teórica 3Proceso industrial de combustión, tipos de combustibles,combustibles sólidos, líquidos y gaseosos.

Sesión 4

Martes 01 de septiembre

Clase Teórica 4Balance de energía en estado estacionario sin y con reacciónquímica en procesos industriales. Teoría y ejercicios aplicados.

Martes 08 de septiembre Prueba escrita N° 1

UNIDAD 2

PROCESOS INDUSTRIALES INTEGRADOS Y OPERACIONES

UNITARIASSesión 5

Martes 22 de septiembre

Clase Teórica 5Balance de energía en estado estacionario y transiente sin y conreacción química en procesos industriales. Teoría y ejerciciosaplicados. Cálculo de condiciones de proceso en sistemas de generación devapor, calderas acuotubulares e igniotubulares.

Sesión 6

Martes 29 de septiembre Clase Teórica 6Proceso de intercambio de calor: Operaciones de cambio de fase.Cálculo de evaporadores de simple y múltiple efecto en sistemasintegrados. Proceso de intercambio de calor: Operaciones de cambio de fase.Condensación total, subenfriamiento y desobrecalentamiento.Cálculo y diseño de condensadores

TALLER GRUPAL N°

1 Balance de materia y análisis de gradosde libertad


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Sesión 7 Martes 06 de

octubre

Clase Teórica 7Principios y mecanismos de transferencia de masa aplicada a los equipos deproceso. Transferencia de masa por difusión molecular en gases y líquidos. Cálculo de una columna de destilación de platos. Método de Mc Cabe Thile.

Sesión 8

Martes 13 deoctubre

Clase Teórica 8Procesos electroquímicos, aplicaciones industriales a sistemas integrados.Equilibrio Iónico, conceptos de solubilidad y precipitación

UNIDAD 3 DISEÑO DE PROCESOS INDUSTRIALES INTEGRADOS - INSTRUMENTACIÓN YCONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES INTEGRADOS

Sesión 9

Martes 20 deoctubre

Clase Teórica 9Diseño de procesos, equipos integrados y diagramas de flujo en ingeniería

Procesos industriales físicos, químicos

Sistema global de un proceso químico, procesos continuos, procesos discontinuos. Diagramas de flujo (flow-sheet) de procesos integrados en ingeniería

Diagramas en bloques y diagramas simplificados de equipos integrados

Diagramas de instrumentación de procesos y equipos integrados Diagramas auxiliares de procesos y equipos integrados. Diagrama de distribución deequipos e instalaciones (Lay-out).

Tópicos generales de procesos agroindustriales

TALLER GRUPAL N° 2

Martes 27 deoctubre

Prueba escrita N° 2


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Sesión 10

Martes 03 de noviembre Clase Teórica 10 Análisis de procesos en sistemas integrados Procesos industriales auxiliares como generación de aire comprimido, procesos degeneración de aire para el secado de materiales. Ventiladores de aire primario.

Procesos industriales para el tratamiento de aguas: osmosis inversa e intercambioiónico TALLER GRUPAL N° 3

Sesión 11 Martes 10 de noviembre

Clase Teórica 11 Reglas heurísticas para el diseño de procesosDimensionamiento de equipos de proceso y estudio de costos de alternativas.Métodos para estimación de costos de inversión de equipos industriales. Instrumentación y control de procesos y equipos integrados.

Sesión 12

Martes 17 de noviembre

Clase Teórica 12 Nomenclatura ISA y análisis de lazos de control

Diagramas de instrumentación y control en procesos industriales Ejercicios aplicados de instrumentación y control de procesos industriales

Martes 24 de noviembre Prueba escrita N° 3

Martes 01 de diciembre

Prueba Recuperativa escrita u oral

Martes 08 dediciembre

Acumulativa Opcional Oral


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SISTEMA DE UNIDADES


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EQUIVALENCIAS DE UNIDADES

)(6080)(1

)(3,1609)(5280)(1

)(9144,0)(44,91)(1

)(48,30)(1

lg)(3937,0)(1

)(6214,0)(1000)(1

lg)(7,39)(281,3)(10)(10)(100)(1 96

piesnauticamilla

m piesmilla

mcm yarda

cm pie

pucm

millasmkm

pu piesmmcmm

Longitud


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)(0929,0)lg(144)(1

)(452,6)lg(1

)(76,10)(104)(1

)lg(155,0)(1

222

22

222

22

m pu pies

cm pu

piescmm

pucm

)(788,3)(1

)(1477,7)(32,28)(02832,0)(1

)lg(02,61)(03531,0)(10)(1

)(1000)(1

33

3333

3

l galón

galonesl m pies

pu piesml

cml

Área

Volumen


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)(2,2)(1

)(59,14)(1

)(1085,6)(1

)(0685,0)(1000)(1

5

lbkg

kg slug

slug g

slug g kg

)(10448,4)(448,4)(1

)(2248,0)(105)(1

5 dinas N lb

lbdinas N

Masa

Fuerza


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)(3,133)(1)(1

)(033,1)(2117)lg(7,14)(013,1)(1001,1)(1

)(85,47)(1

)(6891)lg(1

)(105)(1

)(209,0)lg(1

)(10451,1)(1)(1

2225

2

2

22

42

Patorr mmHg

cmkg pielb pulbbar Paatm

Pa pielb

Pa pulb

Pabar

pieslb pulb

psim N Pa

f f

f

f

f f

Presión


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)(103600)/(1

)(778)(252)(1055)(1

)(356,1)(1

)(186,4)(1

)(239,0)(107)(1

6 J h Kw

pielbcal J Btu

J pielb

J cal

cal erg J

f

f

)(293,0)(1

)(550)(746)(1

)(1)(1

W h Btu

s pielbW hp

s J W

f

Energía

Potencia


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SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES(SI)

•

Fuerza• Una unidad equivalente para la fuerza es:

• Se obtiene de la relación entre fuerza y masa:

Además de usar el Kg. como la unidad estándar de masa, es posibleusar la unidad equivalente para obtener:

2 s

mkg

am F naceleracióa :

2

s

m

m

s N

sm

N

a

F m

2

2


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•Peso y masa Considere un cuerpo de masa 5,60kg. suspendido de unalambre. Para determinar la fuerza que se ejerce sobre

el alambre se usa la ley de la gravitación de Newton:

En condiciones normales, la aceleración de gravedad tiene un

valor de:

g mw

281,9

s

m g


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N s

mkg

s

mkg w 9,549,5481,960,5

22

luego:

por tanto:

5,60kg. del cuerpo pesan 54,9N


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SISTEMA TRADICIONAL DEUNIDADES DE ESTADOS UNIDOS

•Peso y masa Si el peso de un contenedor de aceite es de 84,6 (lbf ) entoncespor la ley de la gravitación de Newton, su masa será:

g mw

g

w

m

slugs pie slb s pieslb g wm f f 63,263,2

2,32)(6,84

2

2


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SISTEMA TRADICIONAL DE UNIDADES DEESTADOS UNIDOS

• La masa expresada como lbm (libras-masa)

En algunos sistemas, en el análisis de ingeniería de procesos, se utiliza launidad lbm como unidad de masa en lugar de la unidad slug.

Si una determinada cantidad presenta un peso de 1,0 lb entonces tendráuna masa de 1,0 lbm.

Se utiliza, en ocasiones, la lbf (libra-fuerza) como unidad para dimensionarel peso de una masa o un fluido. Luego, la equivalencia numérica de las lb f y las lbm se aplica sólo si el valor de g es igual al valor estándar, es decir:

22,32

s

pies


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De acuerdo a lo anterior, si intentamos relacionar las unidades de fuerza ymasa por medio de la ley de Newton, se obtiene:

Para expresar esta fuerza en unidad lbf , se define una constante deconversión denominada:

f mm lb s

pielb

s

pieslbam F

22

22,32 slb

pieslb g

f

mC


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Así pues; para convertir lbm a lbf se utiliza la siguiente relación:

con se tiene:

Para determinar el peso en Lbf de cierto material que tiene una masa de 100 lbm,suponiendo que el valor de la aceleración de gravedad g es igual al valor estándarde:

se obtiene:

,

C g

am F g a ,

C g

g m F

22,32

s

pies

f

f

mm

C

lb

slb

pieslb

s pieslb

g

g m F w 100

2,32

2,32100

2

2


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TEMPERATURA ABSOLUTA

En el SI de unidades

• la unidad estándar de temperatura es el grado Kelvin (K), y elpunto de referencia (cero) es el cero absoluto. El intervaloentre los puntos en la escala Kelvin es el mismo que el que se

utiliza en la escala Celsius. Experimentalmente se hademostrado que el punto de congelación del agua es 273,15 Ksobre el cero absoluto. La conversión de la escala Celsius a laKelvin se realiza mediante la siguiente expresión:

• Por ejemplo. Si , entonces

15,273C K

T T

C T C 33

K T T C K

15,30615,2733315,273


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TEMPERATURA ABSOLUTA

• El cero absoluto en la escala Fahrenheit se encuentra a -459,67 °F

• Existe otra escala de temperatura absoluta denominada escala Rankine, enla que el intervalo es el mismo que para la escala Fahrenheit.

• El cero absoluto está a 0 °R y cualquier medición en grados Fahrenheit se

convierte a °R usando la relación:

Asimismo, dada la temperatura en °F, la temperatura absoluta en K secalcula a partir de la relación:

67,459 F R T T

8,18,1

67,45915,273 R F

K C

T T T T

En el Sistema Tradicional de Unidades de USA:


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1. Un galón de mercurio (Hg) que tiene una masa de 3,51 slugs, posee un peso (w) en unidades de lbf .equivalente a:

2. 100 (lbm) de agua fluyen por una tubería a razón de 10(pies/s). Calcule la energía cinética que tieneel agua en unidades de (pie*lbf ).

3. Calcule el valor de la presión barométrica en unidades de kPa equivalente a 890 (mmHg).

4. La presión de 1 atm absoluta es equivalente a 14,7 psia. Calcule este valor en unidades de pies deH2O y determine el valor de esta presión en términos manométricos.

5. Si la presión atmosférica en lo alto de una montaña es de 98,4 pies de H2O, y la densidad del agua esde 62,4 (lbm/pie

3), entonces la presión, 50 pies más abajo es:

6. Se dispone de un depósito de aceite de masa igual a 825(kg) y volumen 0,917(m3). Calcule el pesoespecífico del depósito en unidades de (KN/m3) si la gravedad específica del fluido es 0,9.

7. La capacidad calorífica del agua líquida a una temperatura de 25 ºC es de 1(Kcal/kg*ºC). Expreseeste valor en las unidades correspondientes al sistema tradicional de USA.

Ejercicio 1 DESARROLLO EN CLASES


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MEDIDAS DE COMPOSICIÓN

Ejercicio 2 DESARROLLO EN C LASES

Se alimentan 5,0 kg. de una mezcla líquida a 20º C a una unidad de procesos cuyacomposición es de 30% en peso de benceno, 40% en peso de tolueno y el restoacetona.

Calcular:

1. La composición de esta alimentación en % molar.2. El peso molecular promedio de la mezcla. Respuesta: 74,92

Considerando 5,0 kg. de masa, completar la siguiente tabla

Compuesto % P/P kg PM Kg-mol % molar

Benceno 30 78,11

Tolueno 40 92,13

Acetona 30 58,08

TOTALES 100 5


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BALANCE DE MASA PARAPROCESOS INTEGRADOS

USANDO CÁLCULOSDE

GRADOS DE LIBERTAD


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ANÁLISIS DE GRADOS DE LIBERTAD

1. Definición

Corresponde, en esencia, a un análisis de cuadratura matemática para

determinar en primera instancia si un sistema esta correctamenteespecificado para su resolución, es decir, si existe igual número de ecuacioneslinealmente independientes, respecto al número de variables desconocidas.

• Permite determinar la cantidad de variables necesarias de especificar parapoder resolver matemáticamente un sistema de balances de materia.


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2. Fundamento

Sea un sistema de Z ecuaciones lineales independientes, con X variablesdesconocidas o incógnitas, entonces la diferencia entre estas cantidadesse denomina grados de libertad (GL):

Z X G L

GL Condición del

sistema

Implicancia

=0 Determinado Puede resolverse matemáticamente. Existe sólo un conjunto solución

>0 Sub-especificado Hay más incógnitas que ecuaciones independientes. No es posible resolver,faltan datos


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3. Aplicación a Sistemas de Balances de Materia

Un sistema en el cual se desarrollan procesos integrados, proporcionaráun conjunto de ecuaciones y variables, que permiten estructurar elanálisis de grados de libertad.

Ecuaciones independientes: existen tres fuentes que aportan

• Balances de materia globales y por compuestos.

• Relaciones adicionales asociadas a restricciones operativas

• Relaciones adicionales asociadas a fenómenos físico-químicos

Luego, se tiene:• BM : número de balances de materia independientes

• RA: número de relaciones adicionales totales


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Variables: asociadas al conjunto de valores correspondientes a variablesfísico-químicas, tales como:

• Flujo

• Concentración

• Velocidad

• Temperaturas• Presiones, etc., para el caso particular sólo flujos y concentraciones.

Luego, se tiene:

• VI: Número total de variables independientes presentes

• VE: Número total de variables independientes que cuentas con dato

numérico especificado


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Grado de Libertad

GL = (Nº variables desconocidas) - (Nº ecuaciones independientes)

El número de ecuaciones independientes será: BM + REEl número de variables desconocidas será: VI – VE

Reemplazando, se tiene: GL = (VI – VE) – (BM + RE), luego, los grados de

Libertad se expresan como:

R E B M V E V I G L


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4. Interpretación de Resultados

Análisis de grados de libertad a sistema en blanco

Se refiere a un sistema donde no existen variable especificadas (VE = 0), porlo tanto el resultado obtenido (GL) se interpreta como el número de variablesnecesarias de especificar de tal forma que el sistema quede determinado(matemáticamente)

Análisis de grados de libertad a sistemas con datos

Cuando existen datos asociados a algunas de las variables pertenecientes alsistema (VE ≠ 0), el resultado obtenido (GL) se interpreta de acuerdo a:


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Condición del

sistema

Implicancia GL

=0 Determinado Puede resolverse matemáticamente. Existe sóloun conjunto solución

Resolver

> 0 Sub-especificado Hay más incógnitas que ecuaciones

independientes. No es posible resolver, faltandatos.

Especificar variables, o

relaciones adicionales encantidad tal, que GL = 0

< 0 Sobre-especificado Hay más ecuaciones que incógnitas. Existenmuchos conjuntos solución.Sobran datos

Eliminar variables, orelaciones adicionales encantidad tal, que GL = 0

Restricción: Se debe considerar que al menos una de las variablesespecificadas debe definir una cantidad de materia en el sistema. Comoejemplo: no es factible resolver un sistema si se especifican sólocomposiciones.


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5. Metodología de cálculo

Aplicado a un proceso en particular. El escalamiento a un sistema devarios procesos se realiza por analogía.

Variables independientes

Las variables de un proceso están asociadas a las corrientes involucradas.Una metodología adecuada consiste en sumar los números de variables

independientes de todas las corrientes involucradas (Nº de componentesque contiene cada corriente).


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i Número de identificación de la corriente en el proceso

k Número de identificación de un compuesto participante en el proceso

F Nº total de corrientes involucradas en el proceso

N Nº total de compuestos participantes en el proceso

F

i

iVI VI

1

Para una corriente sólo con composiciones y flujos: VI

i

= N (Nº compuestos

presentes)


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Variables especificadas

La metodología de cálculo es similar a la anterior, peroconsiderando sólo las variables independientes consideradasanteriormente, que posean valor asignado.

Balances de materia Las ecuaciones de balance de materia para un proceso sonaportados por el balance global (1 ecuación) y los balances acada componente (N ecuaciones), pero sólo resultan ser Necuaciones linealmente independientes. Se puede generalizarpara un proceso (Nº de componentes presentes en cada equipoindustrial):

F

ii

VE VE

1

N BM


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Relaciones Especiales

Las ecuaciones derivadas de relaciones especiales responden a diversoscriterios, tales como restricciones operativas y divisores de corrientes.

Restricciones operativas

Razones de partición de flujos, eficiencias globales, etc. Fenómenosinternos: equilibrio, transferencia de calor, material, etc.

Caso especial Divisores de Corrientes

Un divisor de corriente aporta relaciones adicionales inherentes a la

naturaleza del proceso, y se determinan por:

divisoresdenúmerok compuestosdenúmeron

dondek n RE N

:,:

:;11º


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EJEMPLO GRADOS DE LIBERTAD

Ejemplo proceso único1. En blanco

F1

F2

F3

El proceso de la figura tiene por finalidad recuperar elcompuesto A, a partir de una corriente alimentada (F1)formada por una mezcla de compuestos A, B y C,generando una corriente rica en compuesto A por fondo.

Visualización de las variables y datos:

F1X A1XB1

F2X A2XB2

F3X A3

XB3

CORRIENTE F1 F2 F3

VI 3 3 3

VE 0 0 0


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91

F

i

iVI VI 0

1

F

i

iVE VE

Balances de materia: 3 compuestos participan en el proceso, entonces: 3ecuaciones independientes.

3 BM antidad

VI 9

BM 3

VE 0

RE 0

GL 6

Conclusión:

Se requieren proporcionar 6 datos pararesolver el proceso, ya sea por medio deespecificar variables, o agregar relacionesadicionales.


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EJEMPLO GRADOS DE LIBERTAD2. Con datos

El proceso de la figura tiene por finalidad recuperar el compuesto A,

a partir de una corriente alimentada (F1) de 4300 Kg/h de mezcla

al 5% de A, 45% de B y resto del compuesto C, generando una

corriente rica en compuesto A por fondo con una

composición máxima de 2% de B. El fabricante asegura

que el proceso logra recuperar el 90% del total de

compuesto A alimentado.

Visualización de variables y datos

F1

F2

F3

F1=4300(kg/h)X A1=0,05XB1=0,45XC1=

F2X A2XB2

XC2

F3X A3

XB3=0,2XC3

CORRIENTE F1 F2 F3

VI 3 3 3

VE 3 0 1


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91

F

i

iVI VI 41

F

i

iVE VE

Balances de materia: 3 compuestos participan en el proceso, entonces:3 ecuaciones independientes.

3 BM

Global

VI 9

BM 3

VE 4

RE 1

GL 1

Relaciones especiales:proceso logra recuperar el90% del total de compuesto A alimentado.

1

R E

Conclusión:

El sistema esta sub-especificado. Se requiere proporcionar 1 datopara resolver el proceso, ya sea por medio de especificar una variable, o agregaruna relación adicional.


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PROCESOS INTEGRADOS (MULTIPROCESOS)

6. Metodología para sistemas multiprocesos

La aplicación del análisis de grados de libertad a sistemas de variosprocesos, difiere sólo en la cantidad de análisis individuales que puedenconstruirse para cada sub-sistema.

Se entiende como sub-sistema, toda combinación que englobe a lomenos un proceso resultando factible agrupar sub-conjuntos, incluyendoel sub-sistema global.

De esta forma, el análisis integral a un sistema multiprocesos, puedeser estructurado considerando la totalidad del conjunto de procesos,además de los análisis individuales a cada proceso y cualquier conjuntode dos o más procesos factibles de generar.


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PROCESOS INTEGRADOS (MULTIPROCESOS)Para el sistema descrito por la figura anterior, conformado por los procesosP1 y P2, pueden obtenerse los siguientes análisis de grados de libertad:

Sistema Completo: incluye todas las variables, balances y relacionesexistentes en la totalidad del sistema.

Sub-sistema P1: incluye todas las variables, balances y relacionesasociadas exclusivamente al proceso P1. (Circulo A)-

Sub-Sistema P2: incluye todas las variables, balances y relacionesasociadas exclusivamente al proceso P2. (circulo B)

P1 P2

( )


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Sub-sistema P1-P2: incluye todas las variables, balances yrelaciones asociadas exclusivamente al proceso englobado

P1-P2. (circulo C).

Ruta de Resolución

La visualización integral del análisis de grado de libertadpara un sistema multiproceso, permite facilitar la ruta deresolución cuando el sistema resulta estar correctamenteespecificado, o evidenciar donde es conveniente agregar oquitar datos cuando resulta estar sub o sobre especificadorespectivamente.

P1 P2

A

B

C


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Ejemplo 1

Se alimenta al sistema de la figura una corriente al 10% en peso de compuesto A yresto de B, de tal forma de obtener una corriente al 90% de A por el tope delseparador (S),

y una corriente residual al 5% de A

desde el divisor (D). Considerando

que la corriente residual (F5) es eldoble de la recirculación, realizar el

análisis de GL.

M S

D


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52/61


Relaciones especiales1. La corriente residual (F5) es el doble de la recirculación:

2. Relación especial del divisor:

Luego, para este caso particular: por tanto:

65 2 F F


dondek n RE N

:,:

:;11º

22

k yn 1º RE N


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Identificación de Variables Independientes y Variables Especificadas

Análisis de grados de libertad

F

1

F

2

F

3

F

4

F

5

F

6

VI 2 2 2 2 2 2

VE 1 0 1 0 1 0

Sistema

Completo (P)

M S D Global

VI 12 6 6 6 6BM 6 2 2 2 2

VE 3 1 1 1 3

RE 2 0 0 2 0

GL 1 3 3 1 1


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Conclusión:

Falta 1 dato para desarrollar el sistema. Como se advierte, no existen datosde cantidad de materia, y siempre debe existir al menos uno. Por tanto,habrá que darse una cantidad de materia para que el sistema quededeterminado. El dato deberá darse de tal forma que logre dejar en 0 algunosde los subsistemas, así pues, comenzar a desarrollar las ecuaciones paraéste.

Por ejemplo:

• Una alimentación de 1000 (kg/h) (F1), dejará al subsistema global con 0grados de libertad.

• Una corriente rica en A de 100 (kg/h) (F3), dejará nuevamente al subsistemaglobal con 0 grados de libertad

• Una corriente de salida del mezclador de 100 (kg/h) (F2) dejará al mezcladorcon 2 grados de libertad y al separador con 2 también, por tanto seráinadecuado


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PROCESOS INTEGRADOS (MULTIPROCESOS)Ejemplo 2El sistema de la figura tiene como finalidad obtener 2500 (kg/h) de unacorriente concentrada en el compuesto C (F7), al 80% en peso, con 1% decompuesto A y resto de B. Partiendo de una corriente de alimentaciónfresca al sistema que trae una concentración de 50% de C.

• Las fichas técnicas de S1 indica que logra eliminar el 90% del compuesto Acontenido en la alimentación fresca al sistema, generando una corriente detope libre de compuesto C.

• El separador S2 logra eliminar el 70% del A alimentado al equipo, y ademásgenera una corriente por tope con un 40% de B y libre de C.

• El divisor genera un reciclo que es la tercera parte de la corriente queabandona el equipo


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• Determinar si el sistema se puede resolver y por donde comenzaría adesarrollar los balances.

S1

D

F1

F5

F4

F6

F2

S2F3

F7


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58/61


Relaciones especiales1. El divisor genera un reciclo que es la tercera parte de la corriente que

abandona el equipo, así:

2. S1 logra eliminar el 90% del compuesto A contenido en la alimentación

fresca al sistema.

La eliminación de A es por la corriente F2

3

5

4

F

F

1122

9,0 F X F X A A


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PROCESOS INTEGRADOS (MULTIPROCESOS)3. S2 logra eliminar el 70% del A alimentado al equipo

La eliminación de A es por la corriente F6

4. Relación especial del divisor:

Luego, para este caso particular: por tanto:

5566

7,0 F X F X A A


dondek n RE N

:,:

:;11º

23 k yn 2º RE N


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Identificación de Variables Independientes y Variables Especificadas

Análisis de grados de libertadSubsistemas: Separador 1 (S1), Separador 2 (S2), Divisor (D), Global

F

1

F

2

F

3

F

4

F

5

F

6

F

7

VI 3 2 3 3 3 2 3

VE 1 0 0 0 0 1 3

Sistema

Completo (P)

S1 D S2 Global

VI 19 13 9 8 8

BM 9 3 3 3 3

VE 5 2 0 4 4

RE 5 1 3 1 3

GL 0 7 3 0 -2


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Conclusión:

El sistema no está totalmente determinado, es decir, se puederesolver si se elimina un dato. Se deberá comenzar a desarrollar losbalances por el subsistema del separador 2, que muestra -1 gradosde libertad eliminando una VE.

presentación del módulo equipos industriales

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