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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL PERÍODO FEBRERO – MAYO /2013 PROF: ING.TANIA CRISANTO, MG.

BALANCE DE MASA EN PROCESOS DE UNIDADES MÚLTIPLES.

Los procesos químicos industriales, de remediación ambiental, tratamientos físicos, biológicos y químicos, casi nunca incluyen una sola unidad de proceso. 1

A menudo hay uno o más reactores químicos y también unidades para mezclar reactivos, combinar productos, calentar y enfriar corrientes de proceso, separar un producto de otro y de los reactivos sin consumir y eliminar de la corriente contaminantes

que

podrían

ser

peligrosos

antes

de

descargarla

al

medioambiente. El sistema ahora ya no es la única unidad que se ha venido analizando hasta ahora, sino que es cualquier porción de un proceso que pueda encerrarse en una frontera. Puede ser todo el proceso, una combinación interconectada de algunas unidades de proceso, una sola unidad o un punto en el cual se junten dos o más corrientes del proceso o aquel donde una corriente se ramifique. Las entradas y salidas al sistema son las corrientes del proceso que intersectan a las fronteras del sistema. Refiriéndonos a la figura inicial, observamos que hay cinco fronteras dibujadas en torno a las porciones del proceso para las cuales pueden escribirse balances. La frontera A, encierra el proceso entero, donde las hay tres corrientes de alimentación 1, 2 y 3; y tres corrientes de producto 1, 2 y 3. Los balances escritos para todo el sistema se denominan balances generales. La corriente que conecta la unidad 1 y 2 es interna en este sistema de modo que no participaría en los balances generales de este. La frontera B encierra un punto de mezcla de la corriente de alimentación. Las corrientes de alimentación 1 y 2 constituyen entradas a este sistema y la corriente que fluye hacia la unidad 1 es una salida. La frontera C abarca a la unidad 1 (una corriente de entrada y dos de salida), la frontera D delimita un punto de división de la corriente (una corriente de entrada y dos de salida), y la frontera E encierra a la unidad 2 (dos corrientes de entrada y una de salida). Cómo resolver este tipo de problemas? El procedimiento para efectuar cálculos de balance de materia en procesos de unidades múltiples es casi el mismo que se ha venido manejando. La diferencia es que en los procesos de unidades múltiples quizá sea necesario aislar varios 2

subsistemas del proceso y escribir sus balances para obtener suficientes ecuaciones y despejar todas las variables desconocidas de las corrientes. Cómo saber cuántas ecuaciones plantear? Al analizar procesos de unidades múltiples, se debe determinar los grados de libertad sobre el proceso total y para cada subsistema, tomando en cuenta solo las corrientes que se intersecten con la frontera del sistema bajo consideración.

1. ANÁLISIS DE LOS GRADOS DE LIBERTAD Para realizar el análisis de los grados de libertad, se debe dibujar el diagrama de flujo y marcarlo en su totalidad, contar las variables desconocidas del diagrama y luego contar las ecuaciones independientes que las relacionan. Este resultado es el número de grados de libertad del proceso ndf. ndf = nincógnitas – nec.indep de donde hay tres posibilidades: 1. ndf =0, hay n ecuaciones independientes con n incógnitas y el problema, inicialmente podría resolverse. 2. ndf >0, hay más incógnitas que ecuaciones independientes que las relacionen y por lo menos deben especificarse ndf valores de variables adicionales antes de poder calcular los valores de las variables restantes. 3. ndf