Manual Hsc (Cuerpo)

1.- AVISO Y GARANTÍA DE DERECHOS RESERVADOS HSC Chemistry y su documentación están registradas con todos los derechos reservados por la Investigación Outokumpu Oy. Para su conveniencia, HSC Chemistry no está protegido contra las reproducciones. Sin embargo, todas las partes de este Software están autorizadas únicamente para usted, el titular registrado, y puede ser usado para su propio uso personal. Windows Ms & Excel Ms son marcas registradas de Microsoft Corporation, Lotus 123 es una marca registrada de Lotus Development Corporation, IBM PC & XT & AT & PS/2 son marcas registradas de la International Business Machines Corporation. Este producto contiene Actuate® Formula One®, Copyright © 1993-2001 Actuate Corporation. Todos derechos reservados. 2.- SOPORTE TECNICO

Los usuarios de HSC pueden también recibir soporte técnico para ciertos temas químicos. El precio y el tiempo de entrega del soporte dependen del caso. Por favor especificar el problema químico, las especies y fases químicas, así como también el modulo de HSC que usted a utilizado. El Dpto. de Investigacion Outokumpu Oy le daría una oferta sobre estas bases. El Dpto. de Investigación Outokumpu Oy puede también ofrecer instalaciones de desarrollo experimental versátiles, considerar los detalles en: http://www.outokumpu.com/research/

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3.- ERRORES Y VIRUS Puede haber errores en el programa y en la base de datos de HSC, a pesar de la preparación muy cuidadosa del programa y la base de datos. Los datos originales también pueden contener errores. El programa extrapola datos de HSC a altas temperaturas. ¡Si tales datos no están disponibles, este puede también llevar en algunos casos a errores significativos! Infórmenos por favor de algún posible virus o error. Dpto. de Investigación Outokumpu Oy Servicio de Informacion P.O. BOX 60, FIN-28101 PORI, FINLANDIA Fax: +358 - 2 - 626 - 5310 E-mail: [email protected]

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4. CONTRATO DE LICENCIA PARA EL USUARIO FINAL DE QUIMICA HSC. Titular: Compañía: ________Escuela de Ing. De Materiales_________________ Dirección: ___Av. Juan Pablo II – Ciudad Universitaria_______________ Pais: ____Perú______________ Titular: Outokumpu Research Oy Servicio de Información P.O. Box 60, FIN-28101 PORI, FINLANDIA Fax: +358 - 2 - 626 - 5310 Nº de Serie de la Licencia Localizada.: ____01-35678_____para _50_ computadoras o terminales

___________________________ Satu Mansikka Servicio de Información

___03-09-10____ Fecha

Abriendo el paquete sellado del Software el licenciador se pone de acuerdo para fijar los limites de los términos del contrato. Retornando el paquete del programa informático no abierto junto con el acompañamiento de los puntos de la investigación Outokumpu Oy, el concesionario rechaza aceptar los términos de este acuerdo y recibirá un reembolso completo del precio de compra pagado por el licenciador del HSC Chemistry excepto el envío. 4.1

La Licencia

El licenciador concede al concesionario una licencia no excluyente para utilizar una copia de la HSC Chemistry 5.0 (más adelante designada “HSC Chemistry") sobre el número de computadoras concedidas por esta licencia. En una red el número de terminales que tengan acceso a HSC Chemistry, simultáneamente o en distintos tiempos, debe estar limitado al mínimo. Una licencia no excluyente también se concede con la documentación impresa incluida. El concesionario utilizara la HSC Chemistry solamente para los propósitos de investigación y negocios internos. El concesionario no permitirá que ningunos de los grupos terceros utilicen los materiales autorizados. Sin embargo, el concesionario puede distribuir los resultados y las aplicaciones creadas usando los materiales autorizados.

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4.2

Uso de los Módulos de HSC Chemistry y Base de Datos separadamente

El concesionario puede utilizar las partes HSC Chemistry separadamente (módulo del cálculo, base de datos, etc.) solo en computadoras o terminales distintos. Sin embargo, el concesionario debe tener la licencia de HSC Chemistry para cada uno de tales computadoras o terminales que tengan cualesquiera programas o base de datos tomados de HSC Chemistry. 4.3

Derechos Reservados

Los derechos reservados de reproducción y otros derechos de propiedad intelectual de cualquier naturaleza en HSC Chemistry y esta documentación están y permanecen en la propiedad del licenciador. Por su conveniencia, HSC Chemistry no esta en contra de las reproducciones. Sin embargo, todas las partes de este software están autorizadas solamente para usted, al concesionario registrado, y se puede utilizar para su propio uso personal. Windows Ms & Excel Ms son marcas registradas de Microsoft Corporation, Lotus 123 es una marca registrada de Lotus Development Corporation, IBM PC & XT & AT & PS/2 son marcas registradas de la International Business Machines Corporation. Derechos de reproducción 1974, 1981, 1987, 1988, 1989, 1992, 1993, 1994, 1997, 1999, 2002 Dpto. de Investigación Outokumpu Oy 4.4

Ejemplar

Se permite al concesionario solamente hacer una copia de reserva del CD original de HSC Chemistry para propósitos de archivado y de seguridad. El resto del material autorizado copiado, en parte o en su totalidad esta prohibida a menos que no a ser que un consentimiento por escrito previo dado por el licenciador. 4.5

Transferencia de la Licencia

El concesionario puede transferir esta licencia a terceros personas solamente si la aprobación escrita de los términos de esta licencia, firmados por los representantes autorizados de los terceros, se entrega por adelantado al licenciador. Con la transferencia de la licencia todas los derechos basados en este acuerdo del concesionario cesan.

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4.6

Garantia

La garantía del licenciador al concesionario de que el material del CD HSC estaría libre de defectos bajo el uso normal. El licenciador substituirá el CD defectuoso si es pedido por el concesionario dentro de un período de treinta (30) días desde la entrega. Esta garantía esta en lugar de las otras garantías, expresa o tácitamente, las cuales pudieron presentarse de otra manera con respecto al HSC Chemistry. Esta garantía se aplica al CD solamente y no cubre los programas informáticos o la base de datos que se incluyen en HSC Chemistry. Casi tanto como los programas de Software, la base de datos y los ejemplos de aplicación están como provistos tal como son y sin garantía de cualquier clase. Los resultados de la HSC Chemistry han sido comparados con cálculos manuales y con otros programas de cálculo, todos han dado resultados similares. Sin embargo, el licenciador no garantiza el funcionamiento del programa o de los resultados que pueden ser obtenidos usando el HSC Chemistry. A pesar de la preparación cuidadosa, el programa, la base de datos y datos originales pueden contener errores y virus. La extrapolación de los datos de HSC a altas temperaturas puede también a veces llevar a errores significativos. El concesionario informara al licenciador cualquier virus y error que descubra. 4.7

Responsabilidad

A pesar de todo algunos de los contenidos en este acuerdo, el licenciatario no se hará responsable a la licencia por perdida de beneficios o contratos u otras perdidas indirectas o consecuenciales o daños surgidos por otras razones. Bajo ninguna circunstancias el concesionario será responsable por algún daño en exceso de los precios de compra. El concesionario no toma la responsabilidad del uso incorrecto del HSC Chemistry. 4.8

Registro

El registro se asegurara de que el concesionario consiga la información sobre cualquier actualización que este disponible inmediatamente. El registro puede ser hecho enviando la carta de registro al concesionario. 4.9

Soporte Técnico

El precio de HSC Chemistry no incluye el soporte o la consulta técnica o química debido a los recursos limitados de soporte y al bajo precio del Software. El soporte puede ser dado para ciertos problemas técnicos con el software (por ejemplo, instalación). Sin embargo el licenciatario esta muy agradecido por todos los comentarios, reacción, reporte de virus (email, faxes, etc) por que estos ayudaran al trabajo del desarrollo futuro del software.

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4.10

Ley y Arbitraje aplicable

Este acuerdo será gobernado e interpretado de acuerdo con la Ley Finlandesa. Los conflictos que se presentan de este acuerdo deben ser colocados por el arbitraje de un único árbitro. El árbitro será nombrado por la Administración de Arbitraje de la Cámara Central de Comercio de Finlandia y las reglas de la dicha administración deben ser observadas en el proceso de arbitraje. 4.11

Conformidad con el milenio (Y2K)

HSC Chemistry es un típico programa de Windows de 32 bit el cual trabaja bajo Windows 95, 98, Me, NT y 2000. El Software de HSC Chemistry realiza diversos tipos de cálculos termoquímicos utilizando una base de datos termoquímica integrada. HSC no utiliza alguna fecha o unidades de tiempo en estos cálculos u operaciones de la base de datos. HSC Chemistry y todos los módulos de cálculo han sido probados fijando la fecha de la computadora personal hacia el año 2000, asi como también para los años después del 2000, y no se detecto ningún problema en estas pruebas. Nosotros hemos utilizado algunas herramientas de terceros grupos (Microsoft, etc) para el desarrollo de HSC Chemistry 5.0. Sin embargo estas herramientas no utilizan fechas en HSC Chemistry 5.0. El tema de la Conformidad con el Milenio no hace cambiar de alguna forma los otros términos del Acuerdo de la Licencia de HSC antes de usar HSC Chemistry.

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5.

CARTA DE REGISTRO

Por favor regrese una copia de esta Carta de Registración para asegurar su entrada en el Registro de Licencias de HSC Chemistry. De esta manera usted recibirá automáticamente información sobre las mejoras de HSC. Numero de Serie de HSC Chemistry ________01-35678___________________ Licencia de sitio para ___50___ computadoras o terminales Nombre ___Ranulfo Donato Cárdenas Alayo________________________ Titulo ___Dr. En Ciencia de Materiales___________________________ Compañía ___Escuela/Dpto. Ing. De Materiales________________________ Calle ___Av. Juan Pablo – Ciudad Universitaria____________________ Ciudad __Trujillo_____________________________________________ País __Perú_______________________________________________ __________________________ ___________________________________ Tel Fax [email protected]__________________________ E-mail Mi computadora ________________________________________________ Yo he leído y aceptado los términos de Licencia para HSC Chemistry.

Firma _________________________________

Fecha ____03-09-10______

Por favor regrese a: Dpto. Investigación Outokumpu Oy Servicio de Información P.O. Box 60 FIN-28101 PORI FINLANDIA Fax: +358 - 2 - 626 - 5310 O use el internet: http://www.outokumpu.com/hsc/register.htm

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6. LO NOVEDOSO DEL HSC CHEMISTRY 5.0 La nueva versión del HSC 5.0 contiene varias rutinas nuevas de cálculo, nuevas propiedades y una base de datos más grande con los datos actualizados. El estilo del HSC ha sido mantenido para minimizar los requerimientos de entrenamiento para los usuarios de HSC actuales. Las nuevas características pueden resumirse como sigue: 6.1

        

Lo último en el modulo de balance de masa y calor HSC versión 4 calculaba sólo un balance por vez. Con el nuevo HSC 5.0 pueden calcularse los 127 equilibrios simultáneamente. Los balances pueden ser conectados, usando las celdas referenciales entre sí o construir funciones de cantidad del elemento. Pueden usarse las temperaturas como variables. La secuencia de las rutinas son también accesibles en forma de diagramas. Hay un nuevo calculador. Pueden agregarse figuras a los diagramas. Se puede enlazar a la nueva calculadora de entalpías de vapor (0.01 - 1000 bar). Se puede enlazar a la nueva rutina de cálculo de Pérdida de Calor. Muchos pequeños detalles se han fijado, por ejemplo rutinas de interacción.

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6.2 El Nuevo HSC tiene Funciones para Excel 2000 HSC Excel propone funciones como el HSC original con bases de datos disponible directamente dentro de una normal hoja de cálculo de Excel. Aplicaciones altamente especializadas pueden crear con estas nuevas funciones de suma en Excel. Estas funciones trabajan como el Excel normal las funciones como la función de la SUM. Por ejemplo, H ("FeO"; 500) los ingresos de la función el entalpía de FeO a 500 Kelvin. Otro ejemplo es WTP ("Na"; "Na2SO4") función que devuelve el porcentaje de peso de sodio en el sulfato de sodio. Para 45 diferentes funciones de HSC Excel están disponibles automáticamente para ser leídas de la base de datos de HSC.

6.3 Nueva Barra de Herramientas de Dibujo La nueva barra de herramientas de dibujo puede ser usado para dibujar objetos gráficos básicos (líneas, flechas, rectángulos, elipses) en los diagramas de HSC. Por ejemplo, estas formas pueden usarse para ilustrar las condiciones experimentales. Pueden usarse las opciones versátiles del formato para editar líneas o colorear, cambiar la línea y estilos. El dibujo puede ser creado y editado con el mouse o usando el Editor del objeto los cuales proporciona valores numéricos exactos de edición. El dibujo de objetos puede ser fijado de modo que puedan usarse en todos los diagramas o puedan guardarse en los archivos para ser usados luego.

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6.4

Nuevas Opciones de Diagrama    

HSC 4.0 fue capaz de guardar diagramas usando un formato WMF. Ahora más de 30 formatos de archivo están disponibles, como JPG, BMP, etc., Pueden revisarse los diagramas también usando al nuevo HSC Imagen Editor. Pueden combinarse varios diagramas con la nuevo HSC Imagen Combiner en la misma escala utilizada en X y Y. Hay una nueva opción Diagram Grid format así como algunas nuevas opciones del formato para las curvas del diagrama.

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6.5

   

Amplia base de datos y nuevas Opciones El número de especies en la base de datos se ha aumentado de 15000 a más de 17000 especies. La calidad de la base de datos se ha mejorado y los rangos de temperatura se ha extendido; se ha hecho más de 5000 cambios. Los Nuevos datos del agua está ahora disponible a las presiones de 0.01 - 1000 Bar. La limitación de búsqueda de 2000 especies ha sido retirada de la rutina. El Nuevo modo de búsqueda se ha agregado (Todos los elementos deben existir).

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 

Se han agregado la base de datos a las nuevas tablas y diagramas. Varias otras mejoras pequeñas también se han hecho.

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6.6

    

Inclusión de un Módulo de Equilibrio Se ha mejorado la fiabilidad del cálculo en muchos de los casos de ensayos. Las Nuevas opciones de búsqueda de la base de datos sin el límite de 2000 especies. Las Nuevas Especies Nombradas han sido agregadas en la rutina de búsqueda de la base de datos. La Nueva rutina de las Advertencias para la extrapolación de rango de temperatura. Las pequeñas fijaciones como por ejemplo especies de nombres aumentados de 20 a 24 caracteres.

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6.7 Nuevo Módulo de Pérdida de Calor El nuevo módulo puede usarse, por ejemplo, para estimar valores de pérdida de calor necesitados en el módulo de Equilibrio. El usuario debe especificar primero las capas de la pared, materiales de la capa y espesor. Dos tipos básicos de cálculos pueden llevarse a cabo: 1 El perfil de temperatura con la pérdida de calor fijada y un punto de temperatura. 2 Perdida de Calor con dos puntos de temperatura fijos además de la pérdida de calor se estimara el perfil de temperatura. La rutina de cálculo considera conducción, convección y propiedades de la radiación en función de la temperatura pero los valores fijos también pueden ser usados seleccionando el valor y apretando el botón respectivo. Estos valores fijos se muestran en rojo en la hoja del cálculo. El perfil de temperatura así como algún otro valor especificó también pueden representarse los valores en la forma gráfica. El diálogo designado puede usarse para encontrar, por ejemplo, el espesor mínimo de la capa. Las especificaciones del cálculo pueden guardarse en los archivos para el uso posterior. El módulo de Pérdida de Calor se integra con tres bancos de datos y dos calculadoras:  Base de datos de la conducción con 718 sustancias.  Base de datos de la transmisión con 111 sustancias y 4 funciones.  Base de datos de la radiación con 61superficies de materiales.  Calculo de la radiación de gas con H2O, CO2, CO, NO, SO2 y datos de CH4  Calculo de la radiación de partículas. El usuario puede editar o puede agregar los nuevos datos a la base de datos.

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6.8 Nuevo Módulo de Calculo de Propiedades de Vapor El nuevo módulo de Cálculo de vapor ofrece una forma mucho más conveniente para estimar las entalpías, entropías y densidades de vapor, agua y hielo mucho mejor que usando las tradicionales Tablas de vapor y Diagramas de Mollier dentro de 4 - 2273 K y 0.01 - 1000 bar. Por ejemplo, pueden necesitarse las entalpías del vapor al calcular el calor y los equilibrios materiales de calderas o turbinas. 6.9 Nueva Rutina de Ayuda La nueva rutina de Ayuda contiene toda la información, gráficos y formulas del manual imprimible del HSC con un conveniente buscador, impresor, editor y guardador de opciones.

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6.10 Otras Facilidades  La nueva estructura divide los archivos de HSC en grupos lógicos.  Las tablas HSC ahora también tiene soporte de Excel 97 y 2000.  Se ha aumentado el tamaño de fórmulas de 20 a 24 caracteres en el módulo de EpH.  Se han mejorado el número de propiedades.  Muchos errores pequeños y superficiales arreglados y cambiados etc. 6.11 Nuevo Windows 2000 y Compatibilidad de XP  La Nueva rutina de la instalación.  La nueva herramienta de programación recopilada de las versiones usadas.  HSC 5.0 es compatible con Windows 95, 98, NT, 2000 y XP. 6.12

Que es Nuevo en HSC Chemistry 4.0

El nuevo HSC versión 4.0 contiene varios nuevos módulos del cálculo, nuevas propiedades y un banco de datos más grande con muchos datos puestos al día. La relación del HSC llamado familiar con el usuario se ha mantenido para minimizar los requisitos de entrenamiento de usuarios de HSC actuales. Los nuevos rasgos pueden resumirse como sigue: 1. El número de substancias en el banco de datos se ha aumentado de 11000 a más de 15000. Muchos datos viejos también se ha puesto al día y se ha extendido.

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2.

Los gráficos mejorados, impresión y propiedades del formato en todos los módulos. 3. Los cálculos designados en el módulo de Equilibrio de Calor para las iteraciones automáticas. 4. La fiabilidad del cálculo mejorada y acelera en el módulo de Equilibrio. 5. Los Eh-pH-diagramas con la concentración y líneas de temperatura. 6. Un nuevo Tpp-módulo para diagramas de estabilidad con ejes de la presión parcial y temperatura. 7. Un nuevo módulo del Diagrama para H -, S -, Cp -, G -, DH -, DG - los gráficos de T. 8. Un nuevo módulo de la Mineralogía para la conversión rápida entre las composiciones mineralógicas y elementales. 9. Un nuevo módulo del Elemento con los datos básicos de elementos y gráficos. 10. Un nuevo módulo de las Unidades con una calculadora de conversión de unidades útiles. 11. Muchas de pequeñas soluciones y tuning de propiedades basadas en el uso de reacciones. 12. La nueva versión de HSC de 32-bit para Windows 95, 98 y NT. Las secciones siguientes darán una idea breve de estos nuevos rasgos en más detalle. La instalación La rutina de instalación del HSC 4.0 se ha puesto al día y se ha hecho ahora compatible con Windows® 95, 98 y NT. Sin embargo, los requisitos del sistema todavía son bastante razonables.

El calor y los Equilibrios Materiales Se han agregado varios nuevos rasgos al Calor y el módulo de Equilibrio Material: 1. El nuevo rasgo del cálculo Designado puede ser acostumbrado al iterar los valores inconstantes secuenciales para alcanzar ciertos valores del objetivo. Por ejemplo, el usuario puede poner el cero equilibrio de calor como un objetivo y puede averiguar la cantidad del elemento que satisface la condición designada. 2. El rasgo de los gráficos le permite al usuario que dibuje diagramas de calor equilibrio cálculo hojas. El usuario puede seleccionar uno fácilmente inconstante y puede ir para el x-eje y algunos otros cuyos valores son arrastrado en el diagrama como una función de cambio x-inconstante. 3. El usuario puede importar fácilmente que MS Excel® para el módulo. Estas hojas pueden usarse para calcular los datos de la entrada para la entrada-hoja o resultados del proceso del rendimiento-hoja. Los archivos pueden guardarse en el formato Excel para el tratamiento futuro de resultados. 4. Varias mejoras pequeñas y las nuevas propiedades. Por ejemplo, el usuario podría calcular sin rango de valores. Las capacidades de la impresión se han mejorado, por ejemplo, los últimos resultados de cálculo de temperatura también pueden imprimirse ahora.

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Los Cálculos de equilibrio Los Cálculos de equilibrio son uno de la mayoría de usos de los módulos en el software de HSC, por consiguiente mucho esfuerzo ha estado gastado en mejorarlo. Por ejemplo: 1. La fiabilidad del cálculo y velocidad de resolver de Gibbs son buenas que en la versión anterior. 2. El proceso de la formulación en Excel se ha mejorado. 3. La forma de tabla de especies puede ser fácilmente calcular. 4. Los diagramas pueden imprimirse en cualquier tamaño. Un número mayor de líneas puede visualizarse simultáneamente aumentando la altura del diagrama impreso. 5. Pueden dibujarse las entalpías de la reacción en el diagrama. 6. El número máximo de sustancias puras en los diagramas se ha aumentado de 99 a 999. 7. Este módulo de entrada de los archivos ahora para ChemSage 2, 3 y 4 versiones. (ChemSage es una marca de fábrica registrado de GTT-tecnologías) Pesos fórmula La nueva característica de la calculadora de peso fórmula le permite al usuario especificar la cantidad de las especies en kilogramos o moles. Esto permite al módulo calcular las cantidades de elementos además de las composiciones y pesos de la fórmula. Tpp - los Diagramas de Estabilidad de Fases Este nuevo módulo le permite dibujar los diagramas de estabilidad de fase con la temperatura como el eje x y una presión parcial seleccionada como el eje y. también pueden dibujarse los diagramas con las presiones parciales en ambos ejes. Las presiones parciales de azufre, oxígeno, el dióxido de azufre, el monóxido del carbono, etc., puede usarse dependiendo del sistema seleccionado. Por ejemplo, estos diagramas pueden usarse para estimar qué tipos de fases prevalecen en el horno en diferentes condiciones o para evaluar qué sustancias se condensan o que gases se ponen estables cuando la temperatura baja. Diagramas Eh -pH Se usan los Eh-pH-diagramas para estimar las especies que prevalecen en las soluciones acuosas como una función de pH y potencial químico. Una opción completamente nueva se ha agregado a este módulo. Las nuevas características pueden resumirse en la lista siguiente: 1. La nueva rutina podría usarse para combinar varios diagramas con las concentraciones diferentes, temperaturas o elementos principales en un solo diagrama. Los diagramas de la concentración tradicionales se usan ampliamente, pero la temperatura más especial y los diagramas del elemento principales también pueden dar la valiosa información. 2. La posibilidad de cambiar el tamaño de diagramas impresos también es muy útil cuando hay varias áreas de estabilidad pequeñas en el mismo diagrama.

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3. La selección de electrodo de diferente potencial también son pueden usarse una nueva característica útil, Hidrógeno, Calomel y escala Ag/AgCl 4. La fiabilidad del cálculo mejorada. 5. La especificación de sistema de cálculo puede modificarse fácilmente con los propios datos de energía del usuario. Estas modificaciones pueden ahorrarse para el uso más tarde. H, S, C y G - Diagramas El nuevo módulo del diagrama puede usarse para dibujar varios tipos diferentes de diagramas termoquímicos. Los mismos gráficos versátiles y las características son incluso imprimiendo como en los otros módulos. Las características principales pueden resumirse como sigue: 1. Pueden dibujarse ocho tipos del diagrama diferentes como una función de temperatura:  H Entalpía (el total)  H Entalpía (latente)  S Entropía  Cp Capacidad calorífica  G Energía de Gibbs  DH  DS  DG (diagrama de Ellingham) 2. Pueden seleccionarse varias especies simultáneamente en los diagramas de entalpía para comparar total o la entalpía latente. DG diagram (diagrama de Ellingham), ofrece una manera muy rápida de comparar las estabilidades relativas de sustancias. Por ejemplo, usted puede encontrar fuera que óxido o el compuesto del cloruro es el más estable. Esta información es útil al comparar la reducción y tendencias de la oxidación de elementos diferentes. 4. Este módulo también puede usarse para comparar los datos termoquímicos básicos de las fuentes diferentes en orden, ver las diferencias y seleccionar los datos más buenos para los cálculos subsecuentes. El Módulo de la mineralogía Las conversiones de la composición entre la sustancia (la mineralogía) y análisis elemental se necesita a menudo en el trabajo de R&D químico. El nuevo módulo de la mineralogía fácilmente convierte las composiciones mineralógicas en composiciones elementales. La conversión de la composición elemental de una sustancia en uno mineralógico es una tarea más difícil, por ejemplo, debido a los pequeños errores analíticos. Este módulo ofrece tres herramientas para convertir análisis elemental en el mineralógico: El método resuelve usando matriz algebraica para resolver la mineralogía. Es útil si las cantidades dadas de ataque de los elementos las sustancias dadas exactamente.

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El método reiterativo Automático que encaja los elementos dados a las sustancias dadas cambiando los volúmenes de la especie para lograr las composiciones elementales dadas. El Manual del método reiterativo que puede necesitarse sobre todo si el mismo elemento existe en varias especies. El Módulo de los elementos La conducta termoquímica de especies es basada en las propiedades de elementos. La situación del elemento en el sistema periódico nos dice mucho sobre su naturaleza química. El nuevo Módulo de los Elementos ofrece una manera rápida de comparar las propiedades básicas de elementos en el formato tabular y gráfico. El banco de datos contiene los datos en 56 propiedades diferentes de elementos. Como en otros módulos de HSC, el usuario se permite modificar y agregar los nuevos datos a este banco de datos según los requisitos personales. El Módulo de las unidades Tradicionalmente, varios tipos de energía, se han usado temperatura, masa y unidades de volumen en los cálculos termoquímicos. Por consiguiente, algunas conversiones inoportunas se necesitan comparar los resultados de las diferentes fuentes. El nuevo módulo de Conversión de Unidades es una herramienta fácil para las conversiones termoquímicas de las unidades rápidas así como en otros campos de la ingeniería. Las características técnicas de este módulo pueden resumirse como sigue: Unas 90 cantidades diferentes y 444 unidades están disponibles. El usuario puede agregar sus propias unidades y coeficientes fácilmente en el banco de datos de calculadora de conversión. El Módulo de las Unidades también ofrece las hojas de los datos para las constantes químicas, tamaños de malla de partícula, humedad aérea y mesas de presión de agua. Estas mesas pueden modificarse por el usuario según los requisitos personales. La Base de datos La base de datos termoquímicos es una parte esencial de HSC chemistry, porque la exactitud del cálculo resulta de todos los módulos de HSC depende de la calidad de los datos básicos en la base de datos integrado. El trabajo desarrollado considerablemente se ha llevado fuera que puede resumirse como sigue: 1. El número de especies en la base de datos se ha aumentado de 11000 a más de 15000. Este dato no se evalúa críticamente, pero da el acceso rápidamente a los datos y referencias que pueden encontrarse de la literatura. 2. La calidad de la base de datos se ha mejorado y el número de especies dobles innecesarias se ha disminuido. 3. Más allá de los datos de apoyo, como la formula estructural, los nombres químicos, los nombres comunes, que CAS, los puntos de fusión, los puntos de ebullición, etc., se ha agregado a la base de datos. 4. HSC 4 usó el mismo formato de la base de datos como HSC 3, por consiguiente, los propios bancos de datos del usuario también pueden usarse con el nuevo HSC 4.0.

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5. El procedimiento de la búsqueda para las especies en "Editor del Banco de datos" y "Muestre la base de datos" se han mejorado las ventanas. La especie lista que muestra la situación del fósforo más íntimo ahora si la fórmula dada no se encuentra en la base de datos. 6. Un vínculo directo al módulo de los gráficos se ha agregado a los datos de Cp la opción apropiada. Esto permite la comparación fácil de datos experimentales y teóricos. 7. Nota importante: La razón principal para las diferencias pequeñas con HSC 3 y 4 resultados del cálculo son los nuevos datos en la base de datos HSC 4.

Las mejoras generales Los gráficos, impresión y propiedades del formato así como se han mejorado capacidades de las formas de la tabla en más módulos del cálculo. Esto le hace más fácil para producir la alta calidad las copias de los resultados. Se puede ver la mejora que se ha hecho en los pequeños inconvenientes. Sin embargo, ellos harán la vida del usuario de HSC más fácil. Este trabajo ha sido principalmente basado en la regeneración de los usuarios de HSC.

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7.

INSTALACIÓN AL DISCO DURO

7.1

Requisitos del sistema

El sistema operativo: HSC 32-bit versión : Windows 95, 98 (es recomendado), NT (+SP6), Me (+Security update + System update), 2000, XP.. Procesador: Pentium 100 MHz o más rápidamente Memoria: 64 MB o más Espacio del disco: 55 MB (el Arreglo puede necesitar 65 MB temporales) Monitor: VGA o bien Mouse: Windows compatible Los requisitos del sistema de HSC son muy típicos para todos los programas de Windows. Por ejemplo, un procesador rápido de Pentium, 256 MB de memoria, los videos gráficos de tarjeta y el disco duro mejora la eficacia activa decididamente. Puede aumentarse el disco duro y la velocidad de funcionamiento del HSC con el Sistema de Windows como herramienta (ScanDskw.exe y Defrag.exe) y sobre todo con el Diskeeper®software. 7.2

La instalación

HSC se instala de la misma manera como otros programas más de Windows: 1. No es necesario quitar el HSC viejo 4.0 versión si usted quiere actualizar a HSC 5.0. Todavía puede usarse si el nuevo se instalan 5.0 en un directorio diferente. Sin embargo, el HSC 5.0 (beta) las versiones viejas deben ser desinstaladas ante la instalación del nuevo HSC 5 en el panel de control de Windows Add/Remove. 2. Cierre todos los programas de Windows, pero no el propio Windows. Note que usted también debe cerrar, por ejemplo, el icono de barra MS Office, porque ha cargado algunos programas a la memoria. Por otra parte la instalación del programa HSC no puede actualizar las bibliotecas que están en uso. Puede presionar “Ctrl, Alt, Delete” ver y cerrar todos los programas corrientes. 3. Inserte el CD de HSC en su unidad. 4. Seleccione Start Run: del Menú (o use Agregar Programas en el Tablero de Mando.) 5. Localice SETUP.EXE del CD de HSC y presione Enter. Las respuestas de las preguntas. Reinicie Windows cuando la instalación está completa. Si usted tiene problemas ver capítulo 7.4. Note que usted puede tiene que registra en su computadora como Administrador para instalar HSC 5.0, sin embargo, que esto depende de sus opciones de la computadora y versión de Windows. La instalación en un servidor de la red: 1. Use el mismo procedimiento en cuanto a la computadora personal. 2. Repita el procedimiento de la instalación para cada término que debe tener el acceso a HSC. Instale HSC cada vez en el mismo directorio en el servidor de la red. Este procedimiento de instalación múltiple requiere:  Copie los archivos HSC.INI en el directorio de Windows de cada terminal.  Copie toda la biblioteca de archivos (* .dll, * .ocx, etc.) en el directorio de Windows\System de cada terminal si necesario.  Copie todos los otros archivos en el mismo directorio de HSC del servidor de la red si necesario.

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Instalación de HSC y agregar las funciones de Excel Vea Capítulo 27. Agregar las funciones de Excel para mas detalles. 7.3

Notas importantes

La instalación del programa HSC pondrá archivos HSC5.INI en su directorio de Windows y automáticamente ponen al día información de módulos de HSC. HSC chemistry pone al día este archivo automáticamente si usted cambia las escenas HSC chemistry. Sin embargo, usted también puede revisar este archivo por cualquier editor ASCII como el Windows Notepad. Cuando usted empieza el HSC, siempre lee este archivo HSC5.INI que da las escenas predefinidas al programa. La imagen 1 da un ejemplo de posibles opciones de HSC5.INI. Note que las Propias y Principales bases de datos pueden existir en cualquier unidad o directorio. El orden de filas debe ser igual al que esta en ejemplo.

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[HSC Path] Server = C : \HSC5 \

' Path of HSC in your computer

Terminal = C : \HSC5 \

' Path of HSC in server

OwnDB = C : \HSC5 \ DATABASES\ OWNDB5.HSC M ainDB = C : \HSC5 \ DATABASES\ M AINDB5.HSC

' Path of Own Database ' Path of M ain Database

SolGasM ix = C : \HSC5 \ SGM .EXE ' Path of Solgasmix UserName = Antti Roine ' HSC Licence : User Name Organization = Outokumpu Research Oy ' HSC Licence : Organization Name LicenseNum ber = 50000 ' HSC Licence : Serial Number [Table Font]

' Default Table Font

Font = Courier New Size = 10 Bold = -1 Italic = 0 [Diagram Font]

' Default Diagram Font

Font = Times New Roman Size = 10 Bold = -1 Italic = 0 [M arginal] PaperSize = 9

' Default Printing M arginals

Top = 2 Left = 2 [Units]

' Default Units

Temperature = C Energy = cal

' Temperature Units ' Energy Units

Warnings = 0

' Warnings Off/On

Fig. 1. Características de archivo de HSC.INI en el directorio de Windows

Si usted reinstala el HSC en el mismo directorio, ningún archivos de sus de sobrescriba el OwnDB5.HSC viejos si usted ha guardado los datos en él, es decir copiar este archivo primero a algún otro directorio.

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También note que al seleccionar los conjuntos de caracteres y tamaños deben estar disponibles en su copiadora. Sin embargo, usted también puede cambiar después los conjuntos de caracteres presionando el botón SETTINGS en HSC el Menú Principal. Usted puede cambiar la copiadora predefinida que usa los iconos PRINTERS en el panel d econtrol. 7.4

Instalación y Problemas de Funcionamiento

Si usted tiene los problemas con instalación o funcionamiento de HSC: 1. Si usted está usando la primera versión Windows 95 (Aug 15, 95), entonces usted debe transmitir y debe ejecutar el último OLE32 (404 kb), KERNEL32 (290 kb) y paquete de Servicio 1 (1235 kb) las actualizaciones de Microsoft de la página neta. Estas actualizaciones harán Windows 95 mucho más estable al ejecutar varias aplicaciones simultáneamente (HSC es hecho de cinco programas separados). 2. Si usted está usando NT 3.51, entonces el camino de instalación del NT 3.51 paquete y Servicio 5. En Windows NT 4.0 el “Corra el espacio de memoria separado” colocando en “Propiedades, Atajo” podría necesitarse la selección. 3. HSC 5.0 opera bajo 32-bit en Windows 95, 98, NT, 2000, y/o XP pero no en 16-bit viejo Windows 3.11.HSC 5.0 se ha desarrollado en Windows 98 y Windows 2000. 4. Cierre todos los programas abiertos y anule todos archivos * .TMP de su directorio de C:\Windows\Temp. Esto dará más espacio del disco duro y eliminará algunos problemas. 5. El programa Scandisk Whit Surface scan. Si encuentra algunos sectores malos entonces en su disco duro que usted necesita un nuevo. El Defrag programa también mejorará la actuación del disco duro. El número del error: el 0x80070725 en Windows 98 La descripción: "la versión Incompatible de la matriz de RPC." Este error significa que algunas de sus aplicaciones ha puesto al día el sistema de archivos de Windows con las versiones malas. Por ejemplo, Windows XP Oleaut32.dll se instala a la computadora en Windows 98. Por favor transmita y ejecute a lo siguiente que proporciona por Microsoft: http://download.microsoft.com/download/msninvestor/Patch/1.0/WIN98/EN-US/mcrepair.EXE http://support.microsoft.com/default.aspx?scid=KB;EN-US;q321915 & Usted también puede fundar este archivo del CD de HSC chemistry: \Microsoft\Win98\mcrepair.exe Note que los archivos incompatibles con el sistema Windows también pueden causar los problemas del navegador con Internet Explorer. El Error “Falta de Protección general”: Algunas unidades de impresión pueden causar el error “Falta de Protección General” en las rutinas de gráficos de HSC si selecciona como impresora predefinida. Las unidades son HP láser de color, HP Láser 2B, 5L/M, 6P/MP. Si algunas de estas unidades se han seleccionado por defecto como el valor del código válido del programa (por ejemplo, división por cero dentro de la trampa del error) bloqueara el sistema operativo de Windows. Cada intento se hace para evitar este error de unidad de impresión en el nuevo HSC 4, pero si todavía existe por favor seleccione otra unidad como el valor por defecto en Windows, por ejemplo, Posdata o Laserjet versión 4. Usted también puede copiar y pegar diagramas a Windows escribe e imprime éstos usando una unidad de impresión por defecto. Usted también puede pedirle una copia a una unidad fija a HP.

25

Error "Valor de propiedad inválido" Este problema normalmente ocurre porque algunos conjuntos de caracteres de la pantalla o tamaños del conjunto de caracteres están desaparecidos en Windows. Normalmente todos los conjuntos de caracteres necesarios se instalan simultáneamente cuando se instala en Windows, pero a veces no. Este problema puede ocurrir particularmente si se usan de otra manera algunos modos de despliegue que VGA. HSC usa sistemas fijos no proporcionales se clasifican según tamaño conjunto de caracteres 9 (Windows 3.1) para desplegar los resultados; si este conjunto de caracteres no está disponible el usuario puede tener un error "valor de propiedad Inválido", por ejemplo apretando HELP, En Windows 95 y 98 HSC usa el Sistema de conjunto de caracteres no proporcionales 9. HSC usa el MS Sans Serif font proporcional (Windows 3.1) en todos los Menús; si este conjunto de caracteres está desaparecido de la resolución de despliegue usada, entonces es posible que no todo el texto pueda verse en el Menú. Para librarse de este problema, por favor agregue todos los conjuntos y tamaños de caracteres necesarios a Windows que usa el panel de control e icono de los conjuntos de caracteres. De discos 1 y 2 Windows agregar el conjunto de caracteres siguientes a Windows 3.1: Fixedsys set #3, Fixedsys set #6, Fixedsys for the IBM 8514, El MS Sans Serif (para todos los despliegues) Probablemente no todos éstos se necesitan, pero los instala todos sólo para asegurarse. Otros Mensajes de Error Por favor envíe un informe corto de cualquier otro error a la investigación de Outokumpu Oy, con una descripción detallada para reproducir este error. Esto nos ayudará a un extenso mejoramiento del HSC Chemistry.

26

8. INTRODUCCIÓN El nombre del programa está basado en el hecho que todas las 14 opciones de cálculo utiliza la misma base de datos termoquímicos que contiene automáticamente la entalpía (H), entropía (S) y capacidad calorífica (Cp) los datos para más de 17000 compuestos químicos. Esta base de datos es equivalente a más de diecisiete libros de los datos espesos. El “HSC chemistry” software le permite al usuario que simule reacciones químicas y procesos químicos. Este método no tiene en cuenta todas las variaciones necesarias, como la velocidad de reacción y calor, etc. Sin embargo, en muchos casos un acercamiento termoquímico puede dar la información útil y versátil fácilmente para desarrollar el nuevo proceso químico y mejorando el proceso viejo. La simulación perfecta para todos los procesos significa que cualquier proceso químico puede diseñarse completamente en la computadora sin ningún trabajo experimental. Sin embargo, es aún lejano, porque no existe la teoría completa o los datos básicos disponibles para los procesos qué combinan la termoquímica con éxito, y las soluciones no ideales así como la dinámica (cinética) para todos los procesos. Casi perfecta simulación puede lograrse para un solo proceso simple midiendo todos los parámetros necesarios experimentalmente para modelos de la solución, los modelos cinéticos, así como para modelos de flujo y de transferencia de calor. Sin embargo, esto necesita varios meses o años de trabajo para poder simular un solo paso del proceso. A menudo se necesita un sistema informático bastante rápido y grande. Con el HSC chemistry es posible calcular el equilibrio químico entre las sustancias puras y soluciones ideales y también algunas soluciones no ideales. Para estos cálculos se necesita los datos de entalpía (H), entropía (S) y capacidad calorífica (Cp) de sustancias. En muchos casos éstos los resultados del cálculo pueden simular las reacciones químicas reales y procesos con exactitud suficiente para las aplicaciones prácticas. Una ventaja importante también, la especificación del sistema químico, el acceso a los datos y por último los cálculos pueden llevarse a cabo en las computadoras personales dentro de pocos minutos. Por supuesto, el trabajo experimental se necesita para verificar los resultados, porque HSC no tiene en cuenta los fenómenos cinéticos. Sin embargo, HSC ayuda evitar la aplicación del ensayo -error, porque da rápida y fácilmente alguna pista acerca de los efectos de parámetros del proceso en los productos de la reacción y condiciones del proceso. Normalmente, los cálculos termoquímicos muestran lo que es físicamente posible o no lo cual es fundamental para planear investigaciones experimentales. En el equilibrio termodinámico las velocidades de reacciones y sensibilidad de reacciones pueden interpretarse como que tienen la misma proporción. Este estado es sólo un caso especial de fenómenos cinéticos. Varios modelos de solución están disponibles en la literatura para describir la no idealidad de fases de la mezcla. El problema práctico es bastante a menudo una falta de datos válidos para los parámetros de la solución. Aunque no se han instalado modelos de solución en el HSC chemistry, pueden tenerse en cuenta las soluciones no ideales hasta cierto punto en los

27

cálculos de equilibrio incluyendo coeficientes de actividad constantes o las formulas de coeficientes de actividad simples en el equilibrio. 8.1

La invitación a los nuevos Autores

Si usted tiene un programa de computadora de termoquímica o los datos termodinámicos básicos que pueden ser de interés más general, por favor enviarlos al autor: Antti Roine Outokumpu Research Oy Apartado postal 60 FIN-28101 PORI, FINLANDIA, Fax: +358 - 2 - 626 - 5310 Nosotros también podemos agregar su código a las versiones futuras de HSC chemistry. La conexión a la base de datos del HSC y su inclusión en la versión de Outokumpu. La integración es más fácil si el código original es escrito en el VISUAL BASIC, QUICK BASIC o BASIC. Pueden transferirse los nuevos datos termodinámicos que están guardados en la base de datos de OWNDB5.HSC pueden ser fácilmente transferidos a MainDB5.HSC del Dpto. de Investigación de Outokumpu.

8.2

Teoría de H, S, C y G

Los cálculos termoquímicos son basados en la entalpía H, entropía S, capacidad calorífica Cp o energía libre de Gibbs G para las especies químicas. Ellos pueden ser matemáticamente derivados de las observaciones experimentales. La presentación siguiente breve y simplificada pero ilustrativa idea de cómo se calcula una cantidad o propiedad termoquímica. Entalpía H: El valor absoluto de entalpía H de substancias no puede medirse, pero la diferencia o gradiente de entalpía entre dos temperaturas pueden determinarse con un calorímetro. La capacidad calorífica Cp a presión constante (calor específico) puede calcularse de estos datos usando la Ec. (1).

C p (dH / dT ) p,n ……………………………….. [1] La ecuación (1) permite el cálculo de entalpía como: T

H (T ) H f ( 298.15) 

 C dT   H p

Tr

……………[2]

298.15

28

Donde Hf(298.15) es la entalpía de formación a 298.15 K y H tr es la entalpía de transformación de la sustancia. Las mediciones de calorimetría a diferentes temperaturas proporcionan la curva de entalpía de Zinc mostrado en la Fig. 2. La escala de entalpía en la Ec. 2 es fijada definiendo como H = 0 para los elementos en su estado estable a 25 °C y 1 bar., principalmente porque esto es conveniente para los cálculos a las temperaturas elevadas. Esto se llama el estado de la referencia. (Otro punto de apuro podría ser H = 0 a 0 K, debido a que el movimiento termico de átomos y de los electrones cesa completamente a esta temperatura.) La habilidad de una sustancia química para absorber o emitir el calor depende de la temperatura, y por consiguiente la curva en el Fig. 2 no es lineal. Además, a la temperatura de transformación de fase la curva es discontinua, porque el calor que se necesita para la transformación de fase (por ejemplo. para los cambios de estructura cristalina, o para el punto de fusión o ebullición). La entalpía de compuestos también contiene su entalpía de formar a partir de sus elementos. Esto es medido usualmente, caloricamente, al colocar los elementos para reaccionar y formar el compuesto 298.15 K y 1 bar. La entalpía del compuesto es calculada agregando la entalpía de formación a la diferencia del entalpía experimental, H(T), H(298), vea la Fig. 3. Los valores de la entalpía del zinc gaseoso puede extrapolarse a bajas temperaturas como es mostrado en la Fig. 2 por la línea punteada. El estado referencial para el zinc a 25 °C y 1 bar. es un cristal hexagonal. La entalpía del zinc gaseoso es 130.415 kJ/mol mucho más grande comparado con la del zinc sólido puro a 298.15 K. Esta cantidad de calor se necesita evaporar un lunar de cinc en 25 °C y 1 bar., se llama la entalpía de formación del gas de zinc a partir del zinc sólido.

29

H, kJ/mol

Enthalpy of Zinc Sulfide

160 298.15 K

140

gas

120 100 115.311 80 130.415 60 40

liquid

20 solid

7.322

0 0 - 20 0

200

400

600

800

1000

Temperature, K

1400

La Fig. 2. Entalpía de zinc puro a 0 K y 1400 K con respecto al Zn sólido, hexagonal a 298.15 K.

La fig. 3. Entalpía del sulfuro de zinc (). Diferentes entalpías a H(T) y H(298) () y las entalpías de formación medidas por el calorímetro. La transformación de la estructura cristalina a 1293 K.

30

Entropía S: los valores de entropía absolutas pueden calcularse de la capacidad calorífica experimental usando la ecuación (3) y la integración numérica. T

S  S (298.15) 

 (Cp / T )dT   H

tr

/ Ttr …………[3]

298.15

Donde S (298.15) es la entropía normal de la sustancia que puede calcularse integrando Cp/T en función de 0 a 298.15 Kelvin, T es la temperatura y H tr es la entalpía de transformación de fase a una temperatura T tr, vea el Fig. 4. Las entropías de sustancias cristalinas se acercan a cero a 0 K. Esta observación experimental es compatible con la tercera ley fundamental de la termodinámica. Si la entropía se entiende como una medida de desorden, el desorden alcanza su mínimo al cero absoluto y en las estructuras cristalinas perfectas. Capacidad Calorífica Cp: La capacidad calorífica absoluta de sustancias a presión constante puede calcularse como una primera derivada de la curva de entalpía en la Fig. 2, usando la Ecuación (1). La curva de la capacidad calorífica es discontinua a las temperaturas de transformación de fase, vea la Fig. 5. Los valores de capacidad calorífica de sustancias cristalinas en el equilibrio se acercan al valor cero a 0 K. La dependencia de la capacidad calorífica con la temperatura a elevadas temperaturas no puede ser predicha teóricamente por la termodinámica. Una correlación totalmente matemática se adopta por consiguiente para encajar las capacidades caloríficas experimentales. La ecuación de Kelley se usa en todo este programa de la siguiente manera:

Cp  A  B10 3 T  C105 T 2  D10 6 T 2

[4]

Donde A, B, C y D son coeficientes estimados de los datos experimentales. Energía Libre de Gibbs G: La estabilidad mutua de sustancias (los elementos, compuestos, los iones, etc.) no puede compararse usando las funciones de entalpía, entropía o la capacidad de calor solamente. Tiene que hacerse usando la energía libre de Gibbs definida por la ecuación (5). La energía de Gibbs del zinc puro ha sido calculada usando esta ecuación y los datos en las Figs. 2 y 4. Los resultados pueden verse en la Fig. 6. G  H  TS

[5]

Métodos experimentales: Muchos métodos experimentales y teóricos están disponibles para evaluar datos básicos de la termodinámica como entalpías, entropías y de capacidad calorífica es práctico describir en este contexto. Normalmente un análisis crítico de los valores es basado en una correlación simultánea completa de datos termoquímicos de las diferentes fuentes, métodos de la medida (el calorímetro, el espectroscopio, la fuerza electromotriz, la solubilidad, etc.) y los cálculos teóricos. Más información de los métodos de evaluación puede encontrarse, por ejemplo, en las referencias mencionadas en los Capítulos 32 y 33.

31

S, J/(mol*K)

Entropy of

200 Zinc gas

298.15 K

180 160

97.721

140 120 160.415

100

liquid

80 solid

60

10.571

40 20

41.631

0 0

200

400

600

800

1000

Temperature, K

1400

Fig. 4. Entropía del zinc calculada de la capacidad calorifica experimental, por la Ec. (3). Cp, J/(mol*K)

Heat Capacity of

35 Zinc liquid 298.15 K

30

solid mp = 692.7 K

bp = 1180 K

25

gas 20 15 25.403 10 5 0 0

200

400

600

800

1000

Temperature, K

1400

Fig. 5. Capacidad calorífica del zinc desde 0 K a 1400 K calculado de los datos del calorímetro, por la Ec. (1).

32

G, kJ/mol Zinc

0

Gibbs Energy of -12.412 solid

-33.841

-20

-74.825

-40

liquid

-60 298.15 K 692.7 K

-80

gas

-100

1180 K

-120 0

200

400

600

800

1000

Temperature, K

1400

Fig. 6. La energía libre de Gibbs del zinc desde 0 - 1400 K calculada de los valores de entalpía y entropía usando la Ecuación (5). Formato de datos en las Bases de datos de HSC: Tradicionalmente, los valores de la capacidad calorífica experimental Fig. 5 se ha usado la ecuación empírica (4). Los coeficientes A, B, C y D proporcionados por el HSC sólo es válido en los rangos de temperatura limitados. Normalmente los rangos de temperatura están igual que los rangos de estabilidad del sólido, líquido y estados gaseosos de las sustancias. Los coeficientes de capacidad calorífica pueden guardarse en la base de datos de HSC como los datos se colocan para cada rango de temperatura, junto con los valores de la entalpía y la entropía para la formación y transformaciones. El primer juego de datos contiene la formación de la entalpía H f (298.15). La entropía normal S y los coeficientes A, B, C y D para la formación más estable de la sustancia a la temperatura ambiente. El segundo juego contiene la entalpía y entropía de transformación así como los coeficientes para el segundo rango de temperatura, etc. Para los detalles extensos, vea Capítulo 28.11. La tabla 1 muestra los datos termodinámicos del zinc extraídos de la base de datos principal del HSC. Los mismos valores de entalpía pueden encontrarse en el Fig. 2, así como el valor de entropía en la Fig. 4. Los valores de los coeficientes A, B, C y D se han derivado de la capacidad calorífica experimental, Fig. 5, usando curva apropiada y la Ecuación (4), vea Capítulo 28.12. Note que los datos para las sustancias gaseosas como Zn (g) se ha guardado separadamente. Por ejemplo, permite seleccionar también cálculos de equilibrio con las sustancias gaseosas debajo de sus puntos de ebullición.

33

Tabla 1. Los datos termoquímicos de zinc extraídos de la base de datos de HSC. Species State Enthalpy Entropy Heat Capacity Cp H S A B C kJ/mol J/(mol*K) J/(mol*K) Zn Zn Zn(g)

s l g

0,000 7,322 130,415

41,631 20,736 12,510 10,571 31,380 0,000 160,984 20,786 0,000

0,833 0,000 0,000

D 0,000 0,000 0,000

Temperature Range T1 T2 K K 298,150 692,655 298,150

692,655 1180,000 2000,000

Pueden calcularse todos los datos termoquímicos requeridos en HSC y sus módulos, incluso la capacidad calorífica, entalpía, entropía y energía libre de Gibbs de las sustancias, son calculados de los datos básicos en sus bases de datos que usan las Ecuaciones (1)-(11). El HSC chemistry siempre utilizará automáticamente las ecuaciones necesarias. Reacciones químicas: Las funciones termodinámicas de entalpía, entropía y la energía libre de Gibbs para una reacción química es calculada como la diferencia entre los productos y reactantes, usando las Ecuaciones (6) - (9).La constante de equilibrio K que normalmente necesita puede calcularse usando la Ecuación (11). El significado físico de estas funciones y valores se describirá en más detalle en los Capítulos 10.1 - 10.4. Reacción química:

aA  bB  ...  cD  dD

[6]

Entalpía de reacción: H r iHi( productos )  iHi(reactantes)  (c * H C  d * H C  ...)  (a * H A  b * H B  ...) [7]

Entropía de reacción: S r iSi ( productos )  iSi (reactantes)  (c * S C  d * S C  ...)  (a * S A  b * S B  ...) [8]

La energía librede Gibbs de reacción: Gr SniGi( productos )  iGi(reactantes)  (c * GC  d * GC  ...)  (a * G A  b * GB  ...)

[9]

La constante de equilibrio:

[C ]c *[ D]d * ... [ A]a *[ B]b * ...

[10]

ln K  Gr /(  RT )

[11]

K

34

Donde se han usado las abreviaciones siguientes: [A] = actividad o la presión parcial de especies A, B, C, etc., a = el coeficiente estequiométrico de especies A en la reacción υ = el coeficiente del estequiométrico de una especie en la reacción (un, b, c,...) R = constante de los gases = 1.987 cal/ (Kmol) = 8.314 J/(Kmol) T = La temperatura en K

35

9. 9.1

INSTRUCCIONES DE OPERACION Inicio del HSC

La manera más fácil de empezar el HSC chemistry es haciendo doble clic en el icono de HSC del programa general en Windows usando el Mouse. En unos segundos la computadora carga el HSC en la memoria y carga el menú principal del HSC en la pantalla, ver la Fig. 1. 9.2

El Menú principal de HSC

Fig. 1. El Menú Principal de HSC chemistry. La versión actual de HSC tiene catorce módulos del cálculo y una base de datos de elementos y compuestos que pueden verse presionando los botones respectivos en el menú principal ver Fig. 1. La opción se selecciona haciendo doble click en el botón respectivo con el mouse o usando la tecla Tab y Enter keys. Todas las opciones de cálculo tienen varias opciones de impresión para las tablas y diagramas en formato requerido. Sin embargo, algunas opciones usan por defecto las características de impresión, esas características se pueden modificar, apretando el botón SETTINGS en el menú principal, ver la Fig. 1. Para una descripción de HELP vea Capítulo 9.4.

36

9.3

Características de Impresión

Fig. 2. Los conjuntos de caracteres seleccionados para las tablas y diagramas. Las características de las impresiones para tablas y diagramas están separadas, sin embargo sólo un tipo del conjunto de caracteres y el tamaño puede seleccionarse a la vez. Luego presionando SETTINGS en el menú principal, Fig. 1, el programa le muestra características de impresión en entorno Windows, ver Fig.2. Por favor use los pasos siguientes para seleccionar la fuente: 1. Presione FONT en el grupo TABLE FONT 2. Seleccionar el FONT TYPE de la lista. Una fuente no proporcional se recomienda para las tablas por ejemplo: línea de impresión, mensaje nuevo y mensaje. 3. Seleccione el tamaño de la fuente y estilo (regular, negrita), el tamaño recomendado es 8 - 12. 4. Presionar FONT TYPE en el grupo DIAGRAM FONT. 5. Seleccionar FONT TYPE de la lista, puede usarse no proporcional y proporcional FONTS. 6. Seleccione el tamaño de fuente y estilo (regular, negrita), el tamaño recomendado es 10 - 12. 7. Cambiar márgenes superiores e inferiores si necesario. Una muestra de fuente es encontrada en el Windows, todo el timpo. Apretando el botón OK las fuentes y tamaños son guardados en el archivo de HSC5.INI en el directorio de Windows. El archivo HSC5.INI puede ser editado también con el editor ASCII-editor. HSC siempre lee los archivos HSC.INI al empezar, por consiguiente se usa el tipo y tamaño usado últimamente. Vea Capítulo 7.3. Para una descripción del archivo de HSC5.INI. Para retornar al menú principal, hacer click en CANCEL. La impresora predeterminada puede ser cambiada con el panel de control.

37

9.4

Uso de HSC HELP

El nuevo módulo HSC HELP contiene toda la información, gráficos y formulas del manual HSC que se puede imprimir, con la conveniente selección del tema,. El "Manual de Ayuda" es dividido en 34 capítulos cada uno en su archivo separado. Estos archivos están en Word 2000 formato y localizados en el archivo HSC5\Help. Casi todos menús de HSC tienen una selección de HELP que abre el módulo de HSC Help y despliegues el capítulo correspondiente al manual. La fig. 3 muestra la ayuda para el capítulo 10. Las Ecuaciones de la reacción.

Fig. 3. Módulo de HSC HELP con el módulo de Ecuaciones de Reacción seleccionado, vea la Fig. 1 en Capítulo 10. El marco izquierdo enumera todos los capítulos de ayuda disponibles y la selección actual despliega el marco correcto. Pulsando el botón en un capítulo en el marco izquierdo cargará automáticamente y muestra el capítulo en el marco correcto. Para imprimir el capítulo actual, seleccione el menú File/Print. También es posible buscar las palabras claves usando los manuales. Simplemente seleccione la etiqueta SEARCH del marco izquierdo y escriba la palabra clave deseada en el textbox. Presionando el botón LIST TOPICS se despliegan todos los capítulos que contienen la palabra clave. Puede seleccionarse el capítulo deseado y presionando el botón FIND NEXT, la próxima entrada se despliega contiendo la palabra clave. La fig. 4 muestra una búsqueda dirigida usando el KEYWORDS “stream.”

38

Fig. 4. Buscando palabras claves usando manuales. El HSC Help editor permite al usuario ver manualmente y editar los capítulos de ayuda. Edit/Edit CURRENT DOCUMENT selecciona el menú para abrir al editor para el capítulo actual. El modo de editar puede ser útil cuando, por ejemplo, imprimiendo sólo unas páginas o una parte seleccionada de un capítulo. Varias de las típicas opciones de texto del procesador están disponibles en el Editor de Ayuda. HSC Help Editor lee y escribe archivos en Word 2000 y apoya la mayoría de las características de Word 2000 pero no todos, es decir no es compatible con el 100% de Word 2000. La fig. Muestra el modo edición para el Capítulo 11. El calor y balance de materia. Note que usted también puede agregar sus propios archivos al HSC5 \ Help-folder y HSC Help-routine leer estos automáticamente.

39

Fig. 5. HSC Help, Modo editar.

40

10. REACCIÓNES QUIMICAS Haciendo clic en el botón REACTION EQUATIONS en el menú principal muestra la ventana para las reacciones químicas, vea la Fig. 1. Con esta opción de cálculo usted puede calcular la capacidad calorífica, entalpía, entropía y la energía libre de Gibbs para una sola especie así como reacciones químicas entre elementos o sustancias puras. Vea las definiciones de su estado de referencia, la notación válida y abreviaturas aceptadas en este programa, para cada formula química usada. Ver capítulo 28. Correspondiente a la base de datos, capítulo 2. 10.1 Una Sustancia Química

Fig. 1. Ventana de reacciones químicas de HSC chemistry.

Fig. 2. Datos termodinámicos de A12O3 (alúmina) desplegada por la opción REACTION EQUATIONS de HSC chemistry.

41

Escribiendo una fórmula química en la caja de RECTION EQUATION o CHEMICAL FORMULA, al presionar OK se obtendrá datos termodinámicos parecidos a los mostrados en la fig.2 o en los libros como kubachewski. El programa HSC, sin embargo, proporcionara los resultados más rápidamente y exactamente a esas temperaturas que usted realmente quiere. Por favor siga estos pasos: 1. Escribir una fórmula química en el box de la Fig., 1. Por ejemplo: Fe, Na2SO4, Al2O3, SO4(-2a), H(+a) o SO2(g). Tener cuidado en respetar la notación convencional para este programa, propuesto en el capítulo 21.2. 2. Seleccionar el límite inferior y superior de la temperatura a la que se requiere obtener los resultados. 3. Seleccionar las unidades de Temperatura y Energía, pulsando los botones correspondientes. 4. Seleccione el formato para los resultados.  Normal (escala absoluta): H(especies), S(especies) y C(especies) Este formato se usa por ejemplo en la recopilación de datos hechas por I. BARIN, O., Knacke, y O. Kubaschewski. Delta (Funciones termodinámicas de formación): ΔH = H(especies) - ΣH(elementos) ΔS = S(species) - ΣS(elementos) ΔG = G(species) - ΣG(elementos) ΔG = G(ions) - ΣG(elementos) + el z/2*G(H2(g)) - el z*G(H(+a)) z = carga. Este formato se usa por ejemplo las Tablas NBS 82. 5. La opción COLLECT TO SHEET colecciona las tablas en la misma hoja. 6. Seleccionar la opción SHOW TRANSITIONS si desea ver la temperatura de transformación de fase, así como los cambios de estructura y de fusión. 7. Seleccione la opción CRISS-COBBLE si desea extrapolación para la capacidad calorífica de especies acuosas, vea Capítulo 21.4. 8. Presionar CALCULATE (o ENTER) para conseguir los resultados en la pantalla. 9. Presione PRINT para imprimir los resultados, ver Fig. 2. Notar que se puede coleccionar varios sets de resultados en la misma hoja si usted ha seleccionado la opción COLLECT TO SHEET en la Fig. 1. Usted puede aclarar la hoja entera apretando CLEAR. 10. Presionar COPY ALL para mostrar todos los resultados en el Portapapeles, entonces usted puede pegar los resultados fácilmente a otras aplicaciones de Windows, por ejemplo, para MS-Excel, ver Fig. 2. Es posible copiar y pegar volúmenes de celdas individuales a otras aplicaciones. 11. Si se quiere guardar una fórmula química y los resultados en un archivo tipo ASCII presionar SAVE, ver Fig. 2. Usted puede leer estos y se puede regresar a ellos usando FILE OPEN, ver Fig. 1. Note que SAVE guarda todo lo seleccionado en la Fig. 1, usted puede regresar usando FILE OPEN. El botón FILE OPEN HSC 2 lee solamente los archivos de HSC 2.0 que devuelven sólo la fórmula, pero no el rango de temperatura.

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NOTAS: 1. Usted puede fácilmente verificar los datos básicos de la base de datos que se ha usado en los cálculos de módulo REACTION EQUATIONS. En el Fig. 1 selecciona la fórmula química de la box, luego presionar PEEP DATABASE. El mismo procedimiento puede seguirse en la Fig. 2 presionando el botón del Mouse correcto o seleccionando EDIT del menú. 2. La tabla en la Fig. 2 tienen algunas funciones de formato y copiado, que ayudan a copiar o imprimir los resultados de otras tablas. Estas características de ayuda para crear una buena copia e impresión de los resultados para varios propositos. 3. El buscador del HSC para los datos de las especies primero lo busca de la base de datos (OwnDB5.HSC). Si no encuentra una especie allí, buscará en la base de datos Principal (MainDB5.HSC). Por consiguiente HSC siempre usa los datos de ambas bases de datos. 4. Si usted selecciona Delta-format para los resultados, HSC también buscará los datos para los elementos necesarios y calculará las funciones de la formación de entalpía, entropía y energía libre de Gibbs. Normalmente los datos experimentales originales están en este formato: sin embargo, a veces la comparación de datos en este formato puede ser más difícil porque las fuentes de los datos usan a menudo los datos diferentes para los elementos. 5. HSC hará una extrapolación para la capacidad calorífica de especies acuosas, a temperaturas elevadas (> 25 C°) si se selecciona la opción del Criss-Dobble. La extrapolación no se hace de los coeficientes A y B de capacidad calorífica A, B, C y D existen en la base de datos de HSC chemistry. La extrapolación errónea aumenta rápidamente a las temperaturas más altas. Se da más información sobre la extrapolación en Capítulo 28.4. 6. Para especies acuosas y iónicas se recomienda trabajar: A baja temperatura = 25 °C La temperatura superior = 300 °C Intervalos de 25 °C 10.2 Resultados Para Una Sustancia Química Después de presionar el botón CALCULATE en la vista previa, ver Fig., 1, usted llegará a la ventana de los resultados, en la Fig., 2. De estos resultados se puede guardar o imprimir: 1. Presiona PRINTER si usted desea recalcular los resultados más adelante. El botón SAVE el también guarda las especificaciones usadas en la Fig. 1. Usted puede leer estos archivos en HSC para después ser usadas con el FILE OPEN, vea Fig. 1. 2. Presionar PRINTER si usted quiere una copia del papel. Si usted ha seleccionado la opción COLLECT TO SHEET en la Fig. 1, entonces todos los resultados se colocarán en la misma hoja y pueden imprimirse juntos. CLEAR borrará los resultados de la hoja. 3. Presione COPY para copiar los resultados de celdas seleccionadas en el Portapapeles, entonces usted puede pegar los resultados, por ejemplo, fácilmente a MS -Excel, vea Fig. 2. 4. Presione COPY ALL para copiar todos los resultados de la hoja en el Portapapeles, entonces usted puede pegar los resultados, por ejemplo, fácilmente a MS -Excel, vea Fig. 2. 5. Presione OK para retornar a la ventana anterior de Windows.

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10.3

Reacciones Químicas

El fig. 3. Los datos de entrada para los cálculos termodinámicos para Reacciones Químicas.

Fig. 4. Resultados de cálculos termodinámicos para reacciones químicas. Usted puede escribir casi cualquier clase de reacciones químicas en el box “REACTION EQUATION” del HSC, Fig. 3. Aquí algunos ejemplos de reacciones validas según la sintaxis del programa:

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2Cu + S = Cu 2S H 2 O = H(+a) + OH(-a) H 2 (g) = 2H(+a) + 2e H 2 O = 1/2O 2 (g) + 2H(+a) + 2e Ag = Ag(+a) + e 3NO2 (-a) + 2H(+a) = 2NO(g) + H2O + NO3 (-a) 2Al(+3a) + 3S(-2a) + 6H 2 O = 2Al(OH)3 + 3H 2S(g) Escribir la reacción química en el box, vea Fig. 3. Si usted no ha dado los coeficientes estequiométricos para las especies, usted puede presionar BALANCE EQUATION, para resolver los coeficientes desconocidos. El botón de equilibrio resuelve los coeficientes en base a las ecuaciones de equilibrio de elemento. Por consiguiente no puede resolver los coeficientes desconocidos si su número es más grande que el número de elementos en la reacción correspondiente. En el lado derecho del botón usted puede dar un multiplicador que se usará para multiplicar todos los coeficientes en la reacción química. El valor predefinido es 1 que el coeficiente estequiométrico más pequeño es 1. Se puede continuar de la misma manera como a lo hecho en el Capítulo 10.1 “chemical formula”. Note que el Formato del Delta y Show Transitors no tienen el efecto en los resultados, porque la entalpía y energía libre de Gibbs de una reacción están por definición en el formato del Delta. HSC calcula la estequiometría de la reacción dada por el usuario, y describe errores si el balance del elemento es incorrecto. El ejemplo en el Fig. 3 se refieren al proceso Mond que permite refinar el níquel impuro. En el proceso el níquel impuro se trata primero con el gas de CO a 60 °C para evaporar el níquel como un gas carbonilo. En la segunda etapa, se aumenta la temperatura del gas hasta 200 °C para descomponer el carbonilo, en níquel puro y CO. Este proceso trabaja en base al equilibrio de esta reacción que es hacia la derecha (K>1) a bajas temperaturas y hacia el lado izquierdo (K < 1) a temperaturas altas. La reacción es exotérmica (∆H es negativo) a las temperaturas absolutas. La presión de vapor p puede calcularse escribiendo la reacción química para la reacción de vaporización en cuestión. Por ejemplo, para el magnesio puro en equilibrio es Mg = Mg(g), Fig. 5. La actividad de magnesio puro es 1 y así la presión de vapor en bar es igual al equilibrio constante según Ec. (10) en la introducción del Capítulo 8. Y también la Ec. (1). ver la Fig. 6.

K = pMg/ aMg = pMg

[1]

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Si una sustancia vaporiza en varios componentes, todos ellos deben tenerse en cuenta. La presión de vapor total es entonces la suma de todas las presiones parciales individuales, si se comporta idealmente como fase gaseosa. Usted también puede calcular las reacciones más complicadas. Primero escriba la reacción como se ha mostrado en la Fig. 7, presionar BALANCE para balancear los coeficientes, vea la Fig. 8 y finalmente presionar CALCULATE para obtener los resultados, ver la Fig. 9. Note que para las reacciones iónicas acuosas HSC también calcula el potencial del electrodo contra Electrodo de Hidrógeno Normal si el electrón (e -) se usa en la fórmula. Usted puede calcular los balances de masa en moles, gramos y litros para cualquier reacción. La especie no necesita estar en la base de datos de HSC.

Fig. 5. Entrada de los datos de reacciones químicas para los cálculos termodinámicos.

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Fig. 6. La constante equilibrio K es igual a la presión de vapor en atm según la Ec. (1) si la actividad de magnesio es 1. El punto de ebullición de magnesio es aproximadamente más allá de 1100°C su presión de vapor excede 1 atm.

Fig. 7. Escriba la reacción química sin los coeficientes estequiométricos y presionar BALANCE EQUATION.

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Fig. 8. Presione CALCULATE para obtener los resultados.

Fig. 9. Resultados para una reacción iónica acuosa. Los datos usados para calcular los resultados pueden desplegarse seleccionando una sustancia en la reacción química del box, ver la Fig. 3 y presionando PEEP DATABASE. El mismo procedimiento puede encontrarse en la ventana de Resultados, ver Fig. 4, presionando el botón derecho del Mouse. La base de datos se muestra en el Fig. 10. INSERT se usa para ingresar una formula o especie en la reacción química de box. REMOVE sirve para eliminar una especie de la reacción. Note que lo seleccionado y editado en la Fig. 10 no tienen efecto en la base de datos de HSC.

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Fig. 10. Ventana de la base de datos. 10.4

Resultados de las Reacciones Químicas

El funcionamiento de los botones en la Fig.3 se describe en el capítulo anterior. El significado de los resultados puede resumirse como lo siguiente: 1. Si la constante de equilibrio K es < 1 (o log(K) < 0) la reacción va a la izquierda. 2. Si la constante equilibrio K es > 1 (o log(K) > 0) la reacción va a la derecha. 3. Entalpía negativa H de una reacción significa que ella es exotérmica, es decir que genera calor, Ecs.7 y 8. en la introducción. 4. Entalpía positiva H de una reacción es endotérmica, es decir necesita calor, Ecs. 7 y 8. en la introducción. 5. El Formato DELTA no tiene el efecto en los resultados de las reacciones químicas. 6. En las reacciones iónicas el potencial E representa el potencial electroquímico (en Voltios) respecto al Electrodo de Hidrógeno estándar. 7. La constante de equilibrio K usando la Ec. 11 en la introducción del capítulo 8.

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11. BALANCE DE CALOR Y MATERIALES

Fig. 1. Cuadernillo de balance de trabajo con las hojas IN1, OUT1 y BAL. Los cálculos en el balance de calor son usualmente llevados a cabo para el desarrollo de nuevos procesos químicos ó para la mejora de estos, debido a que ningún proceso puede funcionar si existe demasiada liberación de calor o si existe una falta de energía térmica para mantener la temperatura de reacción. Este módulo calcula los balances de energía reales o máximos, con un determinado número de balances de masa como condiciones límite pero no los balances teóricos a condiciones de equilibrio. La aplicación del balance de calor siempre contiene las hojas IN1, OUT1 y BAL. Un par de hojas IN1 y OUT1 son llamadas área de balance, las cuales pueden ser consideradas como un control de volumen. Un número total de 127 áreas de balance son las que se pueden insertar para crear un cuadernillo de área de balance múltiple. Los cuadernillos del área de balance múltiple son explicados con mas detalle en el capitulo 10 (áreas de balance múltiple). Para simplicidad, solo la primera área (IN1, OUT1) será descrita en los siguientes capítulos. La idea básica del modulo de balance de calor es que el usuario especifica las especies IN1, OUT1, temperatura y cantidades, luego el módulo automáticamente calcula los balances de calor y material usando la hoja BAL. El modulo de balance de calor actualiza los resultados calculados en la fila de BALANCE en la parte inferior del formulario cada vez que el usuario cambia los datos de ingreso. Por favor no modifique la hoja BAL.

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Desde que el programa usa y crea áreas nuevas de balance de acuerdo al nombre de las hojas, es extremadamente importante que los nombres de las hojas creados automáticamente por ejemplo las hojas IN1, OUT1 y BAL, no deban ser modificadas. Usted también podría adherir nuevas hojas a partir de otros cálculos en hojas de cálculo usando la selección Insert Sheet e Insert Excel Sheet en el menú. Las otras hojas trabajan de manera muy parecida a los cuadernillos de MS Excel, por ejemplo usted puede: -

Renombrar la hoja haciendo doble clic en la lengüeta de la hoja.

-

Escribir formulas dentro de las celdas.

-

Usar referencias de celdas similares como en el Excel.

-

Usar la mayoría de funciones de Excel.

-

Enlazar la hoja a la hoja IN1 usando referencias de celda de Excel, por ejemplo para un conveniente análisis de elementos de la materia prima a cantidades de los componentes.

-

Uso de los resultados de la calculación del balance de calor en la hoja OUT1 como los valores iniciales para otros cálculos.

En adición al balance de calor, el menú provee grandes similitudes con Excel tales como: número, letra, alineación en el formato de borde, establecimiento de nombres definidos y protección de celdas. Debido a que estas características no son necesariamente necesitadas en los cálculos del balance de calor, estas no son descritas aquí en detalle. El nuevo modulo de balance de calor, ofrece muchas formas para calcular los balances de calor y materia: 1.-

El usuario escribe las especies de ingreso y salida, temperaturas y cantidades dentro de las hojas IN1 y OUT1 respectivamente. Esta es una simple forma de calcular los balances de calor y materia la cual ya estuvo disponible desde HSC 2.0, sin embargo el problema con esta antigua versión fue que el usuario tuvo que mantener el balance del material manualmente cuando la alimentación de ingreso cambiaba.

2.-

Los materiales o especies están determinadas como grupos de substancias llamadas líneas. Estas líneas puede ser la misma como las fases pero ellas no puede ser una mezcla de fases.

3.-

Las cantidades de salida pueden ser unidas con las cantidades de salida con las referencias del tipo de celda de Excel o viceversa.

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11.1. Procedimiento de cálculo básico: El siguiente procedimiento describirá la forma más simple de calcular el balance de calor: 1.-

Introduzca las sustancias de entrada (materia prima), temperaturas y cantidades en la hoja IN1. Es posible escribir las cantidades en kmol, Kg o Nm3. Se aconseja usar kmol debido a que la información no conocida de densidad podría causar impresición con las unidades de Nm3.

2.-

Introduzca las sustancias de salida (productos), temperaturas y cantidades en la hoja OUT1. Escriba las cantidades en kmol o Nm3 como usted prefiera.

3.-

Cuando se alimenta energía adicional (electricidad) al sistema, ingrese esta cantidad dentro de la columna Total en la última columna vacía de la hoja IN1. Usted puede escribir también por ejemplo “Heat Extra” en la primera columna de esta fila (vea fig. 20). El modulo de la base de datos convertirá el color del texto “inerte” en la primera columna a verde, si este texto no es identificado en la base de datos como una sustancia. Debe notar que:

1 kWh = 3.6 MJ = 0.8604 Mcal (th). Sin embargo, el modulo de balance recalculara automáticamente el texto verde cuando cambie las unidades a partir del menú. Si el texto verde contiene una formula, este será cambiado automáticamente de acuerdo a la nueva unidad. Por ejemplo un cambio de °C a K adherirá “+ 273.15” al final de la formula. 4.-

Hloss =

Si los valores de las pérdidas de calor son conocidos, entonces escriba dentro de la última hilera vacía de la hoja OUT1 dentro de la última columna (Total). Un primer estimado de las pérdidas de calor para un reactor enfriado al aire (convección natural) puede ser fácilmente calculado usando la siguiente formula en kcal/h: (6.8 + 0.046 * T2) * (T2 - T1) * A Donde A

= T2 = T1 =

[1]

Área de la superficie externa del reactor (m2) Temperatura de la superficie del reactor (°C) Temperatura ambiente (°C)

Asegúrese de usar el modulo de perdida de calor si son necesarias aproximaciones de perdida de calor mas precisas. 5.-

El HSC actualiza automáticamente e inmediatamente el balance de calor en la línea inferior tan pronto como los datos de ingreso son cambiados.

6.-

El HSC también actualiza el balance de la cantidad de material en las unidades de mol, kg y Nm3. Note que solo el balance de la masa en unidades de kg ubicada en la fila inferior debe ser cero; los balances de volumen o molares pueden ser fácilmente cambiados en cualquier proceso químico.

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7.-

El balance de los elementos puede ser revisado seleccionando Element Balance desde el menú Calculate, vea fig. 1 y 2.

8.-

Al seleccionar Temperature Balance desde el menú Calculate, es posible observar la temperatura estimada de los productos cuando el balance de calor = 0, vea figs. 1 y 3.

Fig. 2 Balance de elementos.

Fig. 3 Temperatura de los productos (proceso adiabático).

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9.-

Para insertar una fila vacía en la tabla, seleccione Row en el menú Insert o también presionando el botón derecho del Mouse y seleccionando Insert Row del menú desplegable.

10.- Las filas pueden ser eliminadas seleccionando Row desde el menú Delete o presionando el botón derecho del mouse y luego seleccionando Del Row del menú desplegable. 11.- Usted puede cambiar el orden de las sustancias a través de la inserción de una fila vacía y usando el método de copiar y pegar para insertar la sustancia en la nueva fila, también puede ser usado el método de arrastrar y soltar. Sin embargo es extremadamente importante copiar y pegar la fila entera y no solo la formula debido a la información auxiliar de las columnas escondidas en lado derecho de las hojas IN1 y OUT1. 12.- Las unidades de temperatura pueden ser cambiadas seleccionando C o K a partir del menú Units. 13.- Las unidades de energía pueden ser cambiadas seleccionando Mcal, MJ o kWh a partir del menú Units. 14.- Si se necesita una copia de papel, seleccione Print del menú File. Esta opción copiara toda la información en la misma hoja de impresión y también imprimirá esta hoja en el papel si el usuario presiona OK. Note que usted puede borrar esta hoja de impresión, activándola y luego seleccionando Sheet desde el menú Delete. Esta selección de Print Sheet desde el menú File, imprimirá solo la hoja activa. 15.- Para guardar las hojas, seleccione Save desde el menú File. Guarde las hojas usando diferentes nombres debido a que usted podría desear hacer pequeños cambios después o retornar a la hoja original. Guardar las hojas es importante debido a que la naturaleza de deshacer no esta disponible para HSC Chemistry. 16.- Es posible tomar en cuenta la compensación por presión agua/vapor moviendo el cursor a las especies H2O o H2O(g) y seleccionando Insert/Pressure correction H2O desde el menú. Esto abrirá el calculador de temperatura y presión, donde es posible especificar la presión para las especies. Esto es útil para el cálculo de por ejemplo procesos de vapor.

11.2 Dando formato al cuadernillo El modulo de balance de calor ofrece muchas posibilidades de dar formato al estilo Excel. Estas posibilidades pueden ser seleccionadas en el menú Format: -

Numero, tipo de letra, tipo de letra por defecto, alineación, borde, patrón, objeto (para objetos gráficos), hoja, opciones.

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-

Ancho de columna, Alto de columna. Definir nombres, Actualizar nombres. Encendido-apagado de la protección, cerrar-abrir todas las celdas.

También puede ser cambiado el tamaño de la ventana desde el menú View. Aquí la selección Normal da una ventana de tamaño VGA, La selección Full Height usa la altura total de la pantalla y Full Widht rellena la pantalla total. 11.3 Especificación de los grupos de sustancias (Líneas) El nuevo HSC Chemistry 5.0 ofrece la posibilidad de especificar las sustancias de ingreso o de salida en líneas. Estas líneas pueden ser basadas en una o más fases físicas o especies las cuales tienen la misma temperatura de ajuste y composición elemental. Aunque los cálculos de calor y balance de material pueden ser hechos sin el uso de las líneas, la división en líneas ayuda considerablemente cuando cambian las temperaturas y cantidades de material. Note que cuando use formulae/links dentro de las celdas de temperatura, las celdas de temperatura no son actualizadas si las especies no son divididas en líneas. Ejemplos de “líneas de una sola fase” son por ejemplo: 1. Alimentación de aire. 2. Proceso de salida de gas. 3. Ingreso y salida de líquido y sólido homogeneo. Ejemplos de “líneas multi-fase” son: 1. Ingreso o salida de material líquido con partículas sólidas (suspensión). 2. Mezcla de alimentación solida en el proceso, hecha de diferentes sustancias tal como concentrado mineral y tal arena. 3. Alimentación de gas con gotas de líquidos o polvo sólido. Las filas de las especies en las hojas IN1 y OUT1 son divididas dentro de grupos separados por filas de líneas especiales. Estas filas pueden ser insertadas en la hoja usando la selección Stream en el menú Insert o usando la misma selección en el menú desplegable haciendo clic con el botón derecho del mouse. El modulo de balance de calor realiza automáticamente las siguientes modificaciones a la hoja cuando usted inserta una nueva línea (grupo) en la hoja: 1. Pide por un nombre para el nuevo grupo, el cual puede cambiar después si es necesario. 2. Inserta una nueva fila vacía arriba de la celda seleccionada con un patrón de luz azul. 3. HSC asume que todas las columnas debajo del nuevo grupo pertenecerán al nuevo grupo por debajo de la fila del grupo siguiente. 4. Inserta formulas de SUM del tipo Excel en el nuevo grupo para el cálculo de la cantidad total en el grupo usando unidades de kmol, kg y Nm3.

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Una vez que el procedimiento de inserción esta listo, usted puede editar el grupo de la siguiente manera: 1. El nombre de la línea (etiqueta) puede ser editado directamente en la celda. 2. La temperatura de la línea puede ser cambia también directamente en la celda y esto afectará la temperatura de todas las especies dentro de este grupo. 3. La cantidad total del grupo puede ser cambiada simplemente escribiendo una nueva cantidad en el grupo con las unidades de kmol, kg y Nm3. Esta cantidad puede ser escrita directamente sobre la formula SUM y el programa automáticamente cambiará las cantidades de las especies, manteniendo la composición total constante. El programa luego regenerará la formula original SUM después de calcular las nuevas cantidades. 4. Es importante notar que no es posible escribir formulas dentro de las cantidades de las columnas de entalpía en la fila de línea, debido a que la formula SUM debe estar en la fila línea. Para cambiar las cantidades de las especies en la línea usando kmol, kg y Nm3, escriba la nueva cantidad en la correspondiente celda, luego el programa actualizará automáticamente las cantidades en las otras columnas, cantidades totales de la línea y también el material total y balance de calor. Un ejemplo de las especies de líneas se puede ver en la figura 4. Las especies de salida han sido divididas dentro de cuatro líneas. En este ejemplo las especies para cada línea existen en la misma fase. Process Gas es una fase de mezcla gaseosa, Slag es fase de mezcla molida y White Metal es una sustancia molida pura.

Fig 4. La hoja OUT1 del modulo de balance de calor. Las especies han sido divididas dentro de tres líneas las cuales son las mismas para las fases existentes.

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11.4 Formulado en las celdas El formulado de tipo Excel y las referencias de celdas pueden ser usadas por ejemplo para unir las cantidades de entrada y salida unas con otras para mantener automáticamente el balance de material cuando se cambian las cantidades de material de ingreso. Las cantidades de ingreso y salida pueden ser unidas usando dos métodos: 1. Una formula de tipo Excel puede ser escrita en la columna kmol, la cual expresa la dependencia de la cantidad de moles de salida sobre la cantidad de moles de ingreso. Por ejemplo, si Cu2S en la celda OUT1!C10 contiene 93.8% en cobre de ingreso luego usted puede escribir la formula = 0.938*N1!C7 en la celda OUT1!C10, vea Fig. 5. 2. El modulo de balance de calor calcula automáticamente las cantidades de moles de ingreso y salida para los elementos. Los nombres de las celdas para las cantidades de ingreso son: InAc, InAg, InAl, InAm y el equivalente para los elementos de salida son llamados OutAc, OutAg, OutAl, OutAm, etc. Para el balance de áreas con un alto número (por ejemplo las hojas IN2 y OUT2) los correspondientes numeros de celda son InAc2, InAc3 and OutAc2, OutAc3, etc. Estos nombres pueden ser escritos en las formulas. La formula en el anterior ejemplo puede ser también escrita = 0.938*(InCu-C12)/2 usando estos nombres definidos, vea Fig. 5. Las celdas con cantidades de elementos no son visibles para el usuario. Tenga cuidado cuando use los nombres de ingreso y de salida por defecto de manera simultánea, debido a que es fácil terminar con referencias circulares. Una indicación de una referencia circular es que el balance de calor y materia, el cual puede ser visto desde la fila BALANCE, cambia incluso después de un recalculo (Calculate/ReCalc desde el menú). Seleccionando Format/Options desde el menú y resaltando el cuadro de selección Iteration debajo de la tabla Calculation, es posible iterar las referencias circulares. Esto sin embargo, no es recomendado para cuadernillos de gran tamaño. Dentro de las hojas IN1 y OUT1 es recomendado usar las formulas solo en la columna kmol y no en otras columnas de cantidades. Usted podría usar las formulas también en otras columnas, pero sea muy cuidadoso. En las otras hojas no existen limitaciones especiales para el uso de formulas.

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Fig. 5 La hoja OUT1 perteneciente al modulo de balance de calor. La salida de cobre a sido unida a la entrada de cobre con un formula y nombre definido: InCu.

11.5 Composiciones de elementos Las composiciones de los elementos de los grupos de las especies pueden ser calculadas usando la selección Stream Compositions en el menú Calculate, vea Fig. 6. Este procedimiento calcula las composiciones de los elementos para cada grupo, crea nuevas hojas In1-% y Out1-% e imprime resultados sobre estas hojas nuevas en unidades de mol-% y wt-%. Note que un procedimiento para convertir el análisis de elementos en el análisis de especies no esta disponible en el modulo de balance de calor. Una solución general a este tipo de problema es bastante difícil y en muchos casos imposible. Sin embargo una solución para un caso individual es posible con un poco de esfuerzo y un formulado de tipo Excel: 1. Cree una nueva hoja usando la selección Sheet en el menú Insert. Fig. 6. 2. Cambie de nombre a la nueva hoja haciendo doble clic en la tabla, por ejemplo a “Compositions”. 3. Escriba las composiciones de los elementos y especies en la nueva hoja. 4. Note que puede insertar los pesos de las formulas en esta nueva hoja seleccionando las celdas de las formulas químicas y luego seleccionando Mol Weight desde el menú Insert.

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5. Cree una formula de tipo Excel, la cual convierte el análisis de elementos de un grupo a las cantidades molares de las especies, usando los pesos de las formulas de los elementos y especies. 6. Escriba la formula en las columnas de kmol de la hoja IN1, la cual se refiere a cantidades de especies en la hoja de composiciones.

Fig. 6 La hoja Out1-% perteneciente al modulo de balance de calor. Esta hoja muestra las composiciones de los elementos de las fases, después que la opción Stream Compositions ha sido seleccionada desde el menú Calculate.

11.6 Hojas adicionales El cuadernillo de balance de calor, consiste como mínimo de las hojas N1, OUT1 y BAL. El usuario puede sin embargo adherir hasta 256 hojas al cuadernillo. Estas hojas adicionales pueden ser usadas por ejemplo, para convertir composiciones elementales de materia prima a cantidades de especies, las cuales son necesitadas en la hoja IN1. Estas hojas pueden ser también usadas para recoger las resultados principales a partir de la hoja OUT1 en la tabla de resumen. No use los nombres reservados N1, OUT1, BAL y Target como nombres de hojas. Para adherir hojas, seleccione Insert Sheet desde el menú. Esto adherirá una hoja sobre la localización seleccionada. Para renombrar esta nueva hoja haga doble clic en la tabla sobre la parte inferior del formulario. Usted puede también importar las hojas de Excel seleccionando Insert Excel Sheet desde el menú. Esta selección le permitirá primero

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seleccionar el archivo y luego la hoja la cual usted quiere insertar dentro del cuadernillo de balance de calor activo. El ejemplo en la Fig. 7 muestra una hoja FEED, la cual es usada para especificar las cantidades de materia prima a la hoja IN1. El usuario puede brindar las composiciones y cantidades en la columna C, esta información luego será usada para calcular las cantidades de las especies en la columna F. Las cantidades de material en la hoja IN1 son determinadas usando referencias de celdas para la columna F en la hoja FEED. Este ejemplo puede ser encontrado en el directorio SC5\Balance bajo el nombre de CUCONV2.BAL. El usuario puede construir la capa de las hojas adicionales de manera libre. La propiedad de “Red Font Shield” es una manera útil de prevenir la modificación accidental de la información en las celdas. Si esta propiedad es establecida usando el menú selección Format, Red Font Shield, entonces solo las celdas con letra roja podrán ser editadas. Sin embargo esta recomendable guardar el trabajo regularmente usando diferentes nombres, por ejemplo, test1.bal, test2.bal, test3.bal, etc. Para poder recobrar de esta manera la situación original después de modificaciones erróneas.

Fig. 7. Las hojas adicionales pueden ser adheridas al cuadernillo de balance de calor.

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11.7 Target Dialog El usuario puede iterar manualmente, por ejemplo, la cantidad de combustible, la cual es necesitada para alcanzar el balance de calor zero, cambiando la cantidad de combustible hasta que el balance calor sea zero. La hoja Target ofrece una manera automática muy rápida de llevar a cabo este tipo de iteraciones. Las instrucciones siguientes explicarán este proceso en mayor detalle: 1. Seleccione Target Dialog desde el menú. Esto creará automáticamente una hoja Target, la cual es similar al de las versiones previas de HSC. 2. Seleccione una celda de la columna 4 en el TArget dialog si no esta ya selecciona. 3. Seleccione una celda la cual será usada como una primer variable y seleccione Set variable cell. Esto adherirá la referencia de la celda de esta variable al Target dialog en la columna B. Usted también puede escribir las referencias de la celda manualmente en el Target dialog. Nota: Use solo las celdas de temperatura de vapor para las iteraciones de temperatura. 4. Seleccione una celda la cual será usada como una primer variable y seleccione Set target cell. Esta adherirá la referencia de la celda de esta variable al Target dialog en la columna B. 5. Repita los pasos 3 y 4 si usted quiere adherir más variables y Targets. 6. Establezca limites validos Min y Max en las columnas D y E asi como el Target Value en la columna H. Usted puede también escribir los nombres en las columnas A y F. 7. Usualmente es también necesario ingresar valores de ensayo iniciales en la columna C para el caso de las iteraciones automáticas. La iteración termina cuando el target value (col H) o número de iteración (col I) es alcanzado. La presición puede ser mejorada por el incremento del número de decimales usados en las columnas G y H con la selección Format Number. 8. Seleccione las filas (>3) en la hoja Target, las cuales usted desea iterar y presiones Iterate selected rows o F8. Si todas las filas deben ser iteradas, presione Iterate All. En el siguiente ejemplo, mostrado en la Fig. 8, usted puede seleccionar por ejemplo la fila 4 y presionar F8. Esto evaluará los residuos de cobre, los cuales son necesitados para mantener el balance de calor en determinadas condiciones. La fila 5 puede ser usada para iterar el contenido de acero en las mismas condiciones y la fila 6 para alcanzar una determinada cantidad de FeS. No importante: Asegúrese de usar solo las celdas de temperatura de vapor como variables para las iteraciones de temperatura, por ejemplo, no use las celdas de temperatura de las especies.

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Fig. 8. La ventana Target dialog especifica las variables y las referencias de las celdas objetivo. 11.8 Gráficos Ocasionalmente es útil mirar los resultados por ejemplo un cálculo de balance de calor, en un formato gráfico. Esto puede ser llevado a cabo manualmente haciendo cambios paso a paso a una celda variable y recolectando información de las celdas de interés, por ejemplo de una hoja de Excel. Algunas veces se pueden requerir más cálculos para cada paso, el cual puede ser especificado usando la ventana Diagram Dialog. A continuación se presenta el procedimiento paso a paso:

1. Seleccione Diagram/Diagram Dialog desde el menú. 2. Seleccione la celda variable y presione Set X-cell en la ventana, por ejemplo seleccione cell C11, vea Fig. 7. 3. Seleccione una celda para el eje y y presione Set Y-cell en la ventana, por ejemplo seleccione la celda balance de calor en la parte inferior derecha del formulario. Usted podría repetir este procedimiento y recolectar varias celdas cuyos valores desea que sean dibujados en el diagrama. 4. Si se requieren otros cálculos entre cada paso, presione Target iteration y la hoja objetivo se abrirá automáticamente. Seleccione las filas de calculo que deben ser iteradas antes de la fila Y y presione Set Target rows desde el menú. La información de la fila se transferirá a la ventana Diagram dialog dentro de las columnas 4,5, etc. 5. Rellene las opciones del diagrama (Diagram Settings) como se muestra en la fig. 9. Usted debe especificar los valores de MIN, MAX y STEP para el eje X. Usted también puede especificar manualmente: referencias para las celdas, etiquetas y unidades en este formulario. 6. Presione Diagram para crear información tabular para el diagrama Y presione Diagram una vez más para ver el diagrama final, Fig. 9. 7. El diagrama puede ser modificado, copiado e impreso de la misma forma como otros diagramas en HSC Chemistry. 8. Show/Toolbar muestra el menú de dibujo y Show/Object Editor muestra el editor de objetos, el cual te permite especificar los objetos manualmente.

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9.

Para retornar al modulo de balance de calor, presione Exit en la esquina inferior izquierda del formulario del diagrama.

A partir del diagrama mostrado en la Fig. 9, usted puede ver que 68 kg/h de residuos es necesitado para ajustar el balance de calor a cero. Note que las unidades en el diagrama son kg/h y kW.

Fig. 9. Diagrama de balance de calor.

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En el siguiente diagrama (Fig. 10) el balance de calor es calculado automáticamente antes de cada paso, el cual es indicado por el numero “4” en la columna Target row 1, esto es hecho presionando el botón Target iteration, seleccionando la fila 4 sobre la hoja objetivo y haciendo clic en el botón Set Target rows. El eje x ahora da Fe Wt% y el eje Y el residuo de enfriamiento requerido. El diagrama puede luego ser interpretado como la cantidad de enfriamiento del residuo requerido para hacer que el balance de calor sea cero, cuando el Fe wt% varia de 20% a 25%.

Fig. 10 Diagrama donde el balance de calor es iterado de manera automática a cero antes de cada proceso de cálculo.

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11.9 Áreas de balance múltiple Los módulos de balance anteriores a la versión HSC 4.0 fueron restringidos a solo un área de balance (o control de volumen). Desde que la mayoría de procesos consiste de múltiples áreas de balance, el nuevo modulo de balance le permite al usuario crear hasta 127 áreas múltiples de balance. Un área de balance consiste de las hojas INx y OUTx, donde x denota el número del área de balance. Esto luego puedo ser conectado uno con otro creando una simulación realística del proceso. El archivo de ejemplo FSF_process.BAL contiene en modelo de multibalance altamente simplificado del proceso de fundición en un horno. Una nueva área de balance es creada seleccionando Insert/Balance Area to Right o Insert/Balance Area to Left desde el menú. Este procedimiento insertará un par de hojas INx y OUTx a la posición correspondiente. Un área de balance puede ser fácilmente borrada seleccionando Delete/Balance Area. Note que no es posible eliminar una sola hoja de un área de balance por ejemplo INx. Los balances son recolectados automáticamente dentro de la hoja BAL así que por favor no modifique esta hoja.

Fig. 11 Se muestra la hoja BAL cuando el cuadernillo consiste de 5 áreas de balance. Se recomienda enlazar las áreas de balance unas con otras para la adecuada operación de cada área de balance individual. El enlace puede ser alcanzado de manera manual con la ayuda de formulas o automáticamente por la combinación Copy - Paste Stream.

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Simplemente coloque el cursor sobre la fila de la línea en la hoja OUTx o sobre una fila que pertenezca a la línea y seleccione Edit/Copy. Luego coloque el cursor en la hoja INx y seleccione Edit/Paste Stream. La línea ahora será copiada ahí así que la primera fila de la línea es la posición del cursor. La columna kmol de la línea pegada, consistirá de los enlaces (formulas) hacia la línea copiada, así que las cantidades de material de las líneas permanecerán iguales. Las otras celdas son directamente copiadas como valores. Si la celda de temperatura de la línea en la línea copiada es un formula, entonces esta no será copiada. En este caso es decisión del usuario como la temperatura de la línea para la línea pegada debe ser calculada. Es posible también crear líneas de retorno, por ejemplo líneas que retornan a una parte previa del proceso, creando así bucles en el proceso. Cuando se pega una línea dentro de una parte enlazada, podría ocurrir una referencia circular. Esto es el caso cuando los enlaces hace referencia eventualmente unos con otros, por ejemplo cuando las iteraciones son necesitadas para hacer cálculos en el cuadernillo. Las iteraciones automáticas pueden ser hechas seleccionando la opción Format/Options desde el menú y resaltando iteration en la caja de control debajo de la tabla Calculation. Por favor sea cuidadoso cuando cambio los ingresos de un cuadernillo que consiste de referencias circulares. Por ejemplo si una celda, la cual es parte de una referencia circular muestra el mensaje #VALUE!, esta no podrá volver a su esta inicial a menos que los enlaces en las celdas sean cambiados a fin de romper la referencia circular. Guardando el cuadernillo regularmente usando diferentes nombres ((Test1, Test2, etc.) es siempre recomendado para evitar este tipo de problemas.

Fig. 12. Hoja IN1 del ejemplo FSF_process.BAL. La línea Flue dust es una línea de retorno de la caldera (Copy/Paste stream), por lo que esto crea una referencia circular en el cuadernillo.

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Los nombres definidos que son actualizados automáticamente (cantidades de salida e ingreso en kmol) varían de acuerdo al área de balance. Por ejemplo InAl, InC, OutFe para la primera área de balance se convertirá en InAl2, InC2, OutFe2 para la segunda, etc. Note que los nombres definidos de la primera área de balance no tienen números de índice.

Fig. 13. La hoja OUT2 (convertidos 1), determina la salida de la primera parte del convertidor. La formula =InCa2*Analysis!L29/100 en la celda C5 significa que el total Ca es distribuido como el porcentaje determinado en la celda L29 en la hoja de análisis Dibujo de diagramas de flujo (Flujogramas) Las hojas adicionales pueden ser usadas para captar, por ejemplo, todo el ingreso necesario para el proceso dentro de una sola hoja. Estos pueden ser usados para captar parámetros calculados del proceso, por ejemplo, la cantidad de Cu en la línea. La figura 14 muestra la distribución del proceso para el horno de fundido. La selección “Insert, Graphical Object, ..." determina la posibilidad de dibujar líneas, rectángulos, etc. sobre las hojas adicionales, sin embargo es recomendable dibujar diagramas de flujo usando la selección "Format, Border, ..." y "Format, Pattern, ..." debido a que estas propiedades son mas compatibles con las versiones de Excel 95, 97 y 2000. Las flechas pueden ser dibujadas usando la selección "Insert, Graphical Object, Arrow".

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Fig. 14. LA distribución del proceso y la hoja de salida para un horno de fusión.

La figura 15 provee un análisis mas detallado del proceso. El modelo es construido de tal forma que los ingresos son determinados cuando los análisis de las especies y las salidas son calculados. Las distribuciones elementales también son ingresos, en otras palabras, el usuario define el wt% para las distribuciones elementales dentro de las especies y líneas determinadas. Esto es alcanzado usando los nombres definidos automáticamente, por ejemplo, InCa e InO2, y de esta forma se mantiene el balance de elementos a cero. Luego el modelo puede ser usado para balancear el calor del proceso, el cual le permite al usuario calcular un parámetro desconocido por área de balance. Los parámetros desconocidos calculados en el ejemplo FSF_process.BAL son indicados por una celda de fondo azul. Los parámetros calculados pueden ser cambiados, usando la opción Target Dialog, el cual es descrito con mas detalle en el capitulo 8. Target Dialog.

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Fig. 15. Análisis detallado de las líneas de ingreso y de salida y las distribuciones elementales dentro de diferentes especies. Las distribuciones son dadas en wt-% (porcentaje en peso). 11.10 Consideraciones generales En el modulo de balance de calor es posible usar las nuevas funciones adheridas proveídas por HSC 5.0. Las funciones deben ser habilitadas automáticamente (esto puede ser visto desde la selección File en el menú). El control HSC5.dll On indica que las funciones están disponibles y un HSC5.dll Off indica que estas están deshabilitadas. Algunas veces es necesario buscar la localización del archivo manualmente, esto es hecho seleccionando File/Add-Ins desde el menú y luego buscar en tu sistema de directorio de Windows (por ejemplo: c:\Windows\System in Windows 98) presionando el botón Browse y luego seleccionando el archivo “HSC5.dll”. Una descripción mas detallada de las funciones disponibles, puede ser encontrada en el capitulo 27. Excel Add-Ins. Esto sin embargo, no es recomendado para el uso de en cuadernillos muy extensos, debido a que se requiere un completo recalculo del cuadernillo, cada vez que un cambio es hecho. Esto solo es el caso para loas funciones adheridas.

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No use formulas de temperatura que están unidas a otros valores de temperatura dentro de una línea, en lugar de esto únalas a una celda de temperatura de una línea o a cualquier celda en la hoja del usuario. Note también que se requiere un cambio en el valor de la temperatura para toda la línea al momento de ser actualizada de manera coherente. Los objetos gráficos simples pueden ser insertados seleccionando Insert/Graphical Object desde el menú. Las formas son: Línea, rectángulo, óvalo, arco y polígono. Después de ser insertados, los objetos pueden ser modificados seleccionando primero el objeto y luego seleccionando Format/Object desde el menú. La columna Latent H (= calor especifico) es usada para describir la energía, la cual puede ser liberad cuando el componente es enfriado por debajo de una determinada temperatura hasta los 298.15 K. En otras palabras, este contiene calor latente ( = entalpias de las posibles transformaciones de fase) para también calores específicos. Las entalpias determinadas en la columna Total H contienen los valores de la columna Latent H así como los calores de las reacciones de formación Estos valores son usados para calcular los balances de calor. En mezclas fundidas tales como escorias de óxidos, las sustancias pueden existir en el estado líquido a temperaturas mas bajas que sus puntos de fusión. En estos casos es posible usar un sufijo (l) al final de la formula, vea Fig. 1. Esto forzará al HSC a usar información del estado líquido para las especies con sufijo (l). La propiedad “Red Font Shield” es algunas veces util si usted desea prevenir cambios accidentales de las celdas. Usted puede activar esta propiedad seleccionando Format Red Font Shield desde el menú. Después de esta selección se puede editar solo aquellas celdas que contienen la letra de color rojo. Si usted a llevado a cabo experimentos a una escala de laboratorio o industrial o cálculos de proceso, usted debe saber que: 1. La materia prima (ingreso) y sus cantidades y temperaturas. 2. Los productos (salida) y sus cantidades, temperaturas y análisis. 3. El ingreso de calor y perdidas de este pueden ser estimadas como cero, si estas no están disponibles. Para poder calcular un balance de calor, usted primero debe convertir el análisis químico (elemental) de la materia prima sobre la línea del botón. También puede probar el procedimiento descrito en el capítulo 5. Es importante comprobar el elemento de equilibrio en la selección de Calculate/Element Balance, a fin de evitar un material y un balance de calor incorrecto. Esto también puede ser utilizado para verificar la validez de los análisis químicos y la otra cantidad de mediciones del experimento, si la entrada del usuario se basa en estos datos. Cuando se crea una zona de balance de múltiples modelo, la Calculate/Total Balance muestra una visión general de todas las zonas de balance en una ventana. Esto es útil para verificar rápidamente cuando el material y/o balance térmico no son cero. También muestra

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el material y el balance de calor total (o neto) para todas las áreas balanceadas. Es entonces fácil ver que las áreas balanceadas producen calor, es decir requieren calor, y las indicaciones de la forma en que el calor podría ser transferido en el proceso. Sobre la base de los resultados finales, se pueden establecer conclusiones en cuanto a si se necesita energía adicional o si se requiere un incremento del o si el reactor necesita enfriamiento a gran escala. La pérdidas de calor también puede ser determinado utilizando el módulo de perdida de calor. La combinación de los dos módulos proporciona una poderosa manera de calcular los procesos. Es importante señalar que se trata de un verdadero equilibrio de calor para fines de ingeniería, que también tiene en cuenta los aspectos cinéticos de entrada si el usuario se basa en datos experimentales reales. El balance de calor, puede ser obtenido de calculaciones de equilibrio, esto es teórico. Esto es válido sólo si el equilibrio es alcanzado en el proceso real.

11.11

Ejemplos de balances de calor

Observe los ejemplos provistos por el paquete de HSC seleccionando File/Open desde el menú, (vea la Fig. 1) y luego seleccione algunos de los archivos ya hechos en el directorio para edición. HSC puede leer los balances de calor del HSC 2.0, pero no puede guardarlos en el formato antiguo. El nuevo balance de calor de HSC 5.0 guarda todas las hojas y formatos, no solo la información de texto. 1. Corroboración automática para un balance de calor ((CUSMELT.BAL file) Para algunos procesos basados en los cálculos de equilibrio, el balance de calor puede ser fácilmente corroborado ingresando las sustancias de ingreso y salida asumidas, asi como sus temperaturas y cantidades (vea ejemplo UCONV.OHE y CUSMELT.OHE, Fig. 1). 2. Temperatura adiabática de la flama (BUTANE.BAL-file) En un proceso adiabático, las perdidas de calor desde el calor de ingreso hacia el sistema son cero, por ejemplo, no existe intercambio de calor con los alrededores a través de los límites del sistema. Por lo tanto, la temperatura adiabática es igual a la más alta temperatura de una flama o de una reacción química. Escribiendo la materia prima dentro de las hojas IN1 y los productos dentro de la hoja OUT1 es posible ver la temperatura adiabática seleccionando Calculate/Temperature Balance desde el menú (vea Fig. 3 ejemplo BUTANE.OHE).

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3. Dimensionamiento de un evaporador (H2O.BAL-file) Las dimensiones de un evaporador pueden ser optimizadas manualmente escribiendo las sustancias de ingreso dentro de la hoja IN1 con las deseadas sustancias de salida, cantidades y temperaturas dentro de la hoja OUT1. Una vez que estas han sido ingresadas, usted puede empezar a cambiar la cantidad o temperatura del vapor de ingreso (calor de ingreso si el calentado por electricidad) manualmente para poder encontrar los valores óptimos. Vea ejemplo H2O.OHE. 4. Valores de calor neto y bruto del carbón, combustible y gas natural (Archivos Coal1-, Coal2-, FuelOil1-, FuelOil2-, NatGas1.bal) El modulo de balance de calor hace posible calcular los valores de calor (valores caloríficos) para diferentes combustibles. Ejemplos de carbón, combustible líquido y gas natural, son encontrados en los archivos de ejemplo. Note que las estructuras químicas del combustible y carbón son complicadas, sin embargo los valores de calor basados en el análisis químico determinarán en su mayoría resultados precisos para aplicaciones prácticas. 5. Proceso de un horno de fundición (FSF_process.BAL-file). Esto proceso altamente simplificado, consiste de cinco áreas de balance unidas entre ellas. Las áreas de balance son: 1) 2) 3) 4) 5)

Horno de fusión Convetidor I Convertidor II Caldera ESP

El proceso de entrada de los valores se presentan en la hoja de flujo del proceso y en el Análisis de la hoja. Pulsando F8 o seleccionando Todos iterar a partir de la Meta de diálogo, el calor se calculan los saldos. Los valores calculados están en la hoja de flujo del proceso y se indica por una luz azul de fondo de células. Proceso de producción de hierro (Iron_process.BALarchivo). El ejemplo de este archivo es un modelo simplificado de un proceso de producción de hierro que consta de tres zonas de balance: 1) peletización 2) de coque 3) Reducción El proceso y sus parámetros más importantes se muestran en la hoja de flujo de procesos, con un análisis más detallado disponible en la ficha Análisis. Observe que sólo el material y los saldos son cero itera conforme a lo establecido en la hoja de destino (o de diálogo Meta). El calor no se itera saldos y, por tanto, no cero.

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12. PÉRDIDA DE CALOR El uso principal de este módulo es estimar la pérdida de calor total o dibuje el perfil de temperatura de una pared o reactor. Sin embargo, también puede ser utilizada para comparar diferentes materiales y diferentes configuraciones, como por ejemplo el uso de un material de aislamiento, cuando tiene un máximo de temperatura o cuando el aire exterior no puede ser superior a una cierta temperatura. La conducción, convección y radiación de bases de datos también proporcionan un recurso sencillo como referencia las tablas de las propiedades de los materiales. La Figura 1 muestra un ejemplo de cálculo de la pérdida de calor para una pared del reactor de fusión con el perfil de temperatura se muestra en las filas 9 y 10.

Figura 1: ejemplo de cálculo de pérdida de calor de un reactor de fusión pared. El concepto básico de este módulo es que el usuario especifica la configuración del sistema mediante la selección de la geometría del objeto, la inserción de las columnas, la especificación de un material para cada columna, especificando espesores (si los hubiera) y entrar en uno de temperatura y punto de un total de pérdida de calor o dos puntos arbitrarios de temperatura dentro de la misma hoja. A partir de estos insumos el programa puede calcular bien el perfil de temperatura o el total de la pérdida de calor. El perfil de temperatura (perfiles) se pueden trazan gráficamente.

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El principal trabajo es muy similar al tipo de hojas de cálculo Excel en cuanto a las propiedades que se pueden encontrar en el menú y también la mayoría de las funciones de hoja de cálculo de Excel están disponibles. El nuevo módulo de pérdida de calor se pueden utilizar, por ejemplo, la pérdida de calor para estimar los valores necesarios en el módulo de balanza. El usuario debe especificar el tipo de columna, que puede ser la capa, la capa de contacto, de superficie y Apéndice. El espesor debe ser especificado por capa y Apéndice columnas, mientras que la capa de superficie de contacto y las columnas tienen cero espesores. Dos tipos básicos de los cálculos pueden llevarse a cabo: 1. Perfil de temperatura fija con pérdida de calor y una temperatura de punto. 2. Pérdida de calor de temperatura fija con dos puntos. Esto volverá a la pérdida de calor, sino también el perfil de temperatura. El cálculo de rutina se encarga de la conducción, convección y radiación, como las funciones de temperatura, pero fija los valores también pueden ser utilizados por el valor y la selección pulsando el botón Corregir Valor. Estos valores fijos se muestran en rojo en la hoja de cálculo. Perfil de temperatura así como algunos otros valores especificados por el usuario también podrá ser presentado en forma gráfica. Objetivo de diálogo se puede utilizar para encontrar, por ejemplo, mínimo espesor de la capa. El cálculo especificaciones podrá ser guardado en archivos para su uso posterior.

12.1 PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO BÁSICO 1. Seleccione la geometría. Para seleccionar la opción de la geometría, pulse en el botón de opción en el marco de forma y dimensiones. Las opciones disponibles son de pared, cubo, esfera y cilindro. Es muy recomendable para iniciar el cálculo con un simple caso de pared y luego continuar con las formas más complicado después. 2. Seleccione dimensión. Al seleccionar la geometría, la dimensión apropiada de texto automáticamente para arriba. Las dimensiones interiores son siempre dimensiones. 3. Insertar nueva columna. El usuario puede especificar la estructura de la transferencia de calor por objeto seleccionar Insertar de la barra de menú y, a continuación, el tipo de columna. Hay cuatro tipos de columnas: la superficie, Apéndice, capa y la capa de contacto. Superficie de las columnas debe ser insertado a la izquierda y / o a la derecha de las otras columnas. Columnas de confinamiento debe ser insertada entre dos capas columnas. Por último contacto con la capa, la capa y columnas Apéndice deben insertarse entre las columnas de superficie. 4. Especificar tipo de transferencia de calor. Usted puede seleccionar el tipo de transferencia de calor para el estudio de dos maneras: ya sea manualmente o usando la base de datos.

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Manualmente: 1.Escriba el nombre del material / de gas / líquido en la segunda fila de la tabla en la columna actual. 2. Seleccione el factor de transferencia de calor: -Capa de la columna: Introduzca la media de la conductividad de los materiales (k) en la fila 6. -Superficie de la columna: Introduzca la convección y / o el coeficiente de radiación (hc y / o h) en la fila 7 y / o fila 8. También es posible especificar el emissivities y / o absorptivities en las filas 20-23, en este caso, asegúrese de que el coeficiente de radiación es no fijadas. -Capa en contacto con la columna: Entre la resistencia térmica en la fila 11. -Apéndice columna: Introduzca el coeficiente de convección en la fila 7 y / o el coeficiente de radiación en la fila 8. También es posible especificar el emissivities sobre la capa de las columnas adyacentes, en este caso, asegúrese de que el coeficiente de radiación es no fijadas. 3. Para cada valor de la prensa entró Fijar Valor botón, a menos que el valor ya está fijado. De esta forma el programa a utilizar estos valores, indicado por una fuente de color rojo, para el cálculo de la base de datos en lugar de valores. Utilizando la base de datos: 1.Pulse el botón correspondiente en el marco Obtener datos de la columna: -Capa de la columna: Conducción botón. -Superficie de la columna: de convección o radiación botón. -Apéndice columna: botón de convección o radiación (radiaciones capa adyacente de columnas). -Para especificar el material de información y el gas y el líquido, coloque el cursor sobre él y pulse Seleccionar. Ahora los datos de los materiales serán transferidos automáticamente a la columna de la hoja principal donde se encuentra el cursor. Tenga en cuenta que varias veces las hojas de datos están disponibles, por ejemplo, la mesa o la función de convección hoja. Usted sabrá que los datos se ha transferido de la base de datos a la hoja de hoja de cálculo, una vez que el material seleccionado nombre aparece en el material nombre de las filas 2 y 3. 6. Especificar espesores. Tipo de espesor x en la fila 4 para cada capa y Apéndice columna. Superficie y la capa en contacto con columnas de espesor cero. 6. Repita los pasos 3, 4 y 5 hasta que el diseño deseado se logra. 7. Calcular los resultados. Para calcular los resultados de un cilindro o cubo, primero seleccione si para el cálculo de todas las hojas o sólo la hoja activa, pulsando el botón de opción correspondiente en el marco Calcular. , Por ejemplo, sólo el cálculo de la hoja de la pared de un cilindro, tubo de cálculos se pueden obtener. Los dos tipos básicos de cálculo son:

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Perfil de temperatura (presione el botón de temperatura perfil): -Especificar el total de la pérdida de calor por la selección de la correspondiente unidad (W, kW o MW) y escribiendo la pérdida de calor en el cuadro de texto. -Especifique un punto fijo de temperatura por el cursor. -Para el cubo o cilindro de la geometría, cálculo especificar rango, ya sea mediante la selección de Calcular todas las hojas (calcula todas las paredes) o Calcular hoja activa (calcula pared activa) de los botones de opción. -Tenga en cuenta que el cálculo de todas las hojas, los perfiles de temperatura se reiteró de modo que las temperaturas en las primeras columnas (en el interior las temperaturas), así como la temperatura exterior, son los mismos para todas las hojas. Flujo de calor (presione el botón de flujo de calor): -Especificar los puntos de temperatura utilizando el cursor. -0 o 1 punto seleccionado (por la posición del cursor): El conjunto será calculada. -Cubo o cilindro de la geometría: Especificar cálculo gama, ya sea mediante la selección de Calcular todas las hojas (calcula todas las paredes) o Calcular hoja activa (activa calcula pared). -Todas las hojas tendrán la misma dentro y fuera de las temperaturas sobre la hoja, una vez que el cálculo se ha completado. -2 puntos seleccionados (por selección): El rango entre estos puntos se calculan. -Cubo o cilindro de la geometría: El resto de las hojas no se calcula. -La temperatura de los puntos finales en la selección seguirá siendo constante.

8. Pulse el botón para dibujar un diagrama de parcela gráfica de la temperatura perfil.

12.2 EJEMPLOS DE PÉRDIDA DE CALOR 12.2.1 Ejemplos proporcionados por HSC Véanse los ejemplos proporcionados por el paquete de HSC seleccionando Archivo / Abrir del menú y seleccionar el archivo correspondiente (ejemplos existen en \ HSC5 \ Heatloss carpeta). 1. Caso fija simple con valores de conducción y convección (SimpleCase.HTR) En este ejemplo, el horno de la pared está hecha de dos capas, la temperatura interior es de 700 ° C y la superficie exterior se enfría con aire (20 ° C). La conducción y convección son valores fijos. En este caso, el flujo de calor a través de cada capa puede ser fácilmente calculada manualmente: Firebrick: 1,5m2 * (700 - 418°C) / (0,23m / 0.4W / (mK)) = 735 W Sílice ladrillo: 1,5m2 * (418 – 50.63°C) / (0,15m / 0.2W / (mK)) = 735W Aire: 1,5m2 * (50.63 - 20 ° C) / (1 m/16 W / (m2K)) = 735 W

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2. Radiadores de calor (Radiator.HTR-file) En este ejemplo se calcula el calor de un radiador, a temperatura ambiente (20 ° C) y en tres diferentes temperaturas del agua, cuando el flujo de agua para el radiador es igual a cero. Seleccione la hoja de acuerdo a la temperatura del agua dentro de (40 ° C, 50 ° C o 60 ° C) y pulse el botón de flujo de calor para ver los cambios en la producción de calor. Los ajustes también pueden hacerse a la anchura o longitud (altura de una pared vertical) del radiador para examinar cuál es la influencia que esto tiene en el resultado.

Figura 2: ejemplo de cálculo del radiador.

3. La pérdida de calor sin aislamiento de tuberías en constante T (incropera94_503.HTR archivo) Este es un ejemplo tomado de Fundamentos de Transferencia de Calor y Masa Incropera por FP y DP DeWitt (página 503 en la 4 ª edición) / 1 /. En este ejemplo, la pérdida de calor de un tubo horizontal de voltaje se calcula con el conocimiento de la temperatura de la superficie (165 ° C) y la temperatura del aire (23 ° C). 4. La pérdida de calor de los tubos en T constante (incropera94_504.HTR archivo) Ejemplo 3 se extiende por encima de la tubería con aislante de 25 mm de espesor de capa de uretano. Fíjate en cómo la pérdida de calor disminuye considerablemente.

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5. La pérdida de calor de un tanque de agua caliente (Hotwatertank.HTR archivo) Este ejemplo es un cálculo de la pérdida de calor de un tanque de agua caliente. Especificando los materiales, dimensiones, geometría, el agua y la temperatura del aire, el total de la pérdida de calor para el tanque se puede calcular. El espesor de aislamiento puede ser fácilmente separado para el aumento de la parte superior, paredes laterales y fondo, con el fin de reducir la pérdida de calor del tanque.

Figura 3: Perfiles de temperatura para el agua caliente.

6. Horno de petróleo (OilFurnace.HTR archivo) En este ejemplo el flujo de calor debido a los gases de escape calientes y en el interior de un horno de convección se calcula. La composición de los gases de combustión se puede ver la mezcla de gases a partir de las radiaciones de diálogo pulsando las radiaciones (gas) botón. El gas contiene las siguientes especies radiante: H2O (g) 11,08 vol.%, el CO2 (g) 11,69 vol.% y SO2 (g) 0,05 vol.%. Esta es una composición típica de los gases de combustión de aceites combustibles. La temperatura del gas es de 1200 ° C y la temperatura de pared es de 500 ° C. La superficie de la pared de material es "de acero (chapa con la piel debido a la rodadura) y el gas se aproxima a conectivo como" Aire (p = 1 bar) ". Estos pueden ser encontrados en la base de datos. Hay una de 10 mm de espesor "liso de acero al carbono" capa que rodea el horno. Es importante insertar una capa o una capa en contacto con la columna a la derecha de la columna de superficie, para calcular la radiación interna (o de convección), ya que el programa fuera de otra forma asume la

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radiación (o de convección). Al introducir un valor muy bajo espesor de la capa de la columna (fila 4), o mediante la introducción de resistencia térmica cero para la capa en contacto con la columna (fila 11), dentro de la temperatura de la superficie pueden ser utilizados en la capa o capas en contacto con la columna. 7. Cálculo de la pérdida de calor del reactor (Reactor1.HTR y Reactor2.HTR) En este ejemplo el total de la pérdida de calor de un reactor se calcula. La aportación de datos son las dimensiones del reactor, la temperatura de la superficie y la temperatura ambiente (temperatura ambiente). El material en la superficie Reactor1 ejemplo es "de acero (chapa con áspera capa de óxido)" y en Reactor2 "La pintura, de color blanco (acrílico)". El gas es convectiva "Aire (p = 1 bar)" en ambos ejemplos. Desde la emisividad de la superficie es menor en Reactor2, la pérdida de calor es menor. 8. Reactor de fusión de cálculo (Smelting1.HTR, Smelting2.HTR y Smelting3.HTR archivos) En este ejemplo, los perfiles de temperatura y las pérdidas de calor de tres diferentes tipos de reactores de fusión son calculados. El valor por defecto los valores de entrada que figuran en este ejemplo no se han tomado de ningún tipo de reactor, sin embargo, la entrada de valores puede ser fácilmente modificado a fin de lograr una situación más realista.

12.2.2 simple paso a paso Ejemplo (crear Smelting1.HTR) Los pasos siguientes describen cómo crear la Smelting1.HTR ejemplo, desde el principio. El último ejemplo se puede utilizar a la aproximación de las pérdidas de calor a través de un reactor de fusión pared. La temperatura dentro de los perfiles de diferentes temperaturas pueden representarse gráficamente mediante el botón Dibujar diagrama. 1. Seleccione Archivo / Nuevo en el menú. 2. Seleccione Insertar / Superficie columna y pulse el botón de convección. 3. Desde la ventana de Convección (a la izquierda), seleccione la función de hoja. 4. Seleccione el agua, elementos de refrigeración de cobre al mover el cursor a la fila 10. 5. Pulse el botón Seleccionar. 6. Seleccione Insertar / Capa de columna en la hoja principal y pulse el botón de Conducción. 7. Tipo REXAL 2S EXTRA en el cuadro de texto amarillo en la ventana de Conducción y pulse el botón Buscar. El cursor se mueva automáticamente a la posición correcta en la base de datos. 8. Pulse el botón Seleccionar. 9. Tipo 1 como el espesor de la capa en la fila 4 en la ventana principal. 10. Seleccione Insertar / Superficie columna y pulse el botón de convección. 11. Seleccione la función de la hoja de la ventana de convección. 12. Seleccione El metal fundido al mover el cursor a la fila 4. 13. Haga clic en el botón de opción de convección forzada y tipo 0,02 (= 2 cm / s) en la velocidad de cuadro de texto. 14. Pulse el botón Seleccionar. 15. Tipo de 1200 como la temperatura interior en la celda C9 y 20, ya que la temperatura

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exterior en la celda E10. 16. Pulse el botón de la pérdida de calor. Pérdida de calor ahora calcular el total de la pérdida de calor de un cuadrado de 1x1 m de la pared del reactor. Dentro y fuera de los coeficientes de convección, calculado a partir de la función de hoja, se basan en datos empíricos generalizadas. Sin embargo, pueden ser utilizados hasta una exactitud razonable para la fundición de las paredes del reactor con sus correspondientes métodos de refrigeración. El perfil de temperatura puede ser trazado gráficamente pulsando el botón Dibujar diagrama. El procedimiento siguiente describe cómo es posible comparar varios perfiles de temperatura en el mismo diagrama. 1. Seleccione Insertar / Muro de la hoja en el menú dos veces. Dos copias de la pared del reactor se crean. 2. Seleccione Wall2 hoja y el tipo 1400 como la temperatura interior (células C9). 3. Pulse el botón de la pérdida de calor. 4. Seleccione Wall3 hoja y el tipo 1600 como la temperatura interior (células C9). 5. Pulse el botón de la pérdida de calor. 6. Pulse el botón Dibujar diagrama. Ahora los perfiles de temperatura para tres diferentes temperaturas interiores (1200 ° C, 1400 ° C y 1600 ° C) se representan gráficamente. Después de modificar el esquema de etiquetas y su ubicación, el último diagrama puede tener un aspecto similar al diagrama adjunto (Figura 4). La configuración debe ser similar a la de la Smelting1.HTR ejemplo.

Figura 4: Perfiles de temperatura para la fundición de 1.HTR ejemplo de cálculo.

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12.3. DESCRIPCIÓN DETALLADA DEL PROGRAMA 12.3.1 Usando el botón Corregir Valor y la lógica detrás de él Fijar el valor una vez que el botón se activa el usuario puede fijar los valores manualmente para que estos una entrada directa para el cálculo. Un valor fijo por el rojo se indica la fuente y el título en el botón para cambiar el valor Unfix. Si, por ejemplo, el usuario desea especificar el coeficiente de convección hc directamente, el valor debe ser fijo (y el líquido nombre escrito a mano), de lo contrario el programa iterar el valor utilizando la base de datos para el fluido. El programa siempre primera mirada fija de los valores y si el valor es no fijado entonces se utilizará métodos iterativos y las bases de datos. Al final, el resultado de la iteración será devuelto a la celda, por ejemplo, el valor hc. El uso de valores fijos, mejora significativamente la velocidad de cálculo, sin embargo estos valores no siempre están disponibles. Como regla general, la exactitud de los resultados mejoren si es posible especificar con precisión los valores y fijar, por ejemplo, la convección y la radiación coeficientes. Las celdas en las filas 6-8 y 20-23 puede ser fijo, así como de la fila 11, si la columna es de tipo Capa contacto.

Figura 5: diseño de la ventana principal

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1. Partidas zona Esta es la zona de partidas y no puede ser alterada, a excepción de la segunda y tercera fila si el material es especificado por el usuario. 2. Cálculo de área Las principales aportaciones se registran en este ámbito, con el grosor de una capa o recinto columna obligatorio. La superficie se calcula automáticamente la fila de la geometría y espesores de capa. 3. Temperatura de los insumos y resultados En esta zona la temperatura se registran puntos. Con el fin de calcular el perfil de temperatura una temperatura de punto debe ser especificado. Para calcular la pérdida de calor dos puntos debe ser especificado. De objetos tridimensionales (cubo y cilindro), el usuario puede seleccionar Calcular todas las hojas (el cálculo de todo el objeto al mismo tiempo) o Calcular hoja activa (sólo el cálculo de la participación activa de pared), seleccionando el botón de opción de cálculo de la imagen. También es posible seleccionar un área de cálculo de la selección de un rango de temperatura con el ratón. En este caso, sólo la gama dentro de esta selección será calculada. Un ejemplo de esto sería la de seleccionar el rango entre C9 y F10 en la figura 5. 4. Información detallada Aquí puedes encontrar información más detallada acerca de la configuración. Si la capa más precisos son los cálculos necesarios, el cálculo de la red (línea 13) el valor puede ser cambiado. Por defecto está establecido a 10, es decir, la capa se divide en 10 elementos. Tenga en cuenta que el cálculo del tiempo aumenta con una red cada vez mayor tamaño. Velocidad (línea 16) indica la velocidad del fluido de convección forzada. Si este es cero, convección libre se supone. La temperatura mínima y máxima (filas 17-18) dar el rango válido para un material determinado; N / A indica que el límite no está disponible a partir de la base de datos. Si un punto de temperatura en el resultado de cálculo es superior a uno de estos puntos, se indica mediante un cuadro de mensaje de advertencia. 5. Los datos disponibles (marco) Estos botones se activar y desactivar la función de tipo de columna se coloca el cursor sobre. Conducción: Capa columna Convección: Superficie Apéndice columna o la columna Radiación (de superficie): la columna de superficie o capa columna (al lado de una columna sólo Apéndice) Radiación (de gas): Superficie columna izquierda de la capa o una capa en contacto con la columna (radiación interna) Radiación (partículas): Superficie columna izquierda de la capa o una capa en contacto con la columna (radiación interna) 6. Geometría de entrada Selecciona la opción cuadro de la geometría y la dimensión de texto. Tenga en cuenta que al cambiar de una pared o esfera (una hoja de cálculo) a un cubo o cilindro (una o varias hojas de cálculo) de la pared hoja se copian a la adhesión a las hojas del cubo o cilindro.

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Esto es útil si todas las paredes consisten en los mismos materiales, ya que de este modo el usuario sólo tiene que especificar la estructura de una pared y luego cambiar a la correcta geometría. El sorteo se basa un simple botón plano de la geometría actual. 7. La pérdida de calor de entrada y resultado Esto puede ser usado como entrada o salida de datos. Si el cálculo del perfil de temperatura total de la pérdida de calor debe ser introducido aquí, pero cuando el cálculo de la pérdida de calor, esto puede ser utilizado también como una aproximación a partir de lograr más rápidamente los cálculos. La aproximación ha de comenzar un valor máximo de 10 MW. Si un valor más alto se especifica, el valor máximo simplemente se coloca en el cuadro de texto por defecto. 8. Radiación insumos / resultados 30-349 consisten en filas de convección y conducción de datos y líneas 350 - Radiación de datos. Estos son recogidos automáticamente de la base de datos hoja al presionar el botón Seleccionar y estos no deben ser cambiadas.

Figura 6: Conducción de la base de datos térmica ventana.

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La conducción de la base de datos puede ser editado seleccionando Editar / Conducción de Base de Datos de la barra de menú. Dado que los archivos son de tipo XLS también puede editar directamente desde Excel. Es importante señalar que durante la edición o la adición de nuevos materiales es muy importante seguir el mismo patrón y la sintaxis que el resto de la tabla. Las unidades de temperatura se puede introducir en cualquiera de los dos K o ° C y el programa calculará automáticamente en consecuencia. Las temperaturas máximas y mínimas están disponibles en la columna A y se da siempre en grados Kelvin. Esta ventana se usa a la hora de seleccionar la capa de material pulsando el botón de Conducción.

Figura 7: ventana de la base de datos de convección térmica, Mesa de hoja. La base de datos de convección puede ser editado seleccionando Editar / Base de datos de convección en la barra de menús. Dado que los archivos son de tipo XLS también puede editar directamente desde Excel. Las unidades de temperatura disponibles son K y ° C La densidad no es un requisito fundamental, aunque puede ser utilizado con el fin de calcular las otras propiedades. Si el coeficiente de expansión térmica no se da, el programa asume que el material es un gas ideal y calcular el coeficiente de b = 1 / T ¥. La temperaturas máximas y mínimas están ocultos en la columna A y se da siempre en grados Kelvin. Esta ventana se usa cuando la selección de la superficie o confinamiento de material y presionando el botón de convección.

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12.3.4 Convección Base de Datos, Tabla de Datos:

Figura 7: Ventana de Datos de un Convección Térmica, Tabla de Datos. La convección de la base de Datos puede ser editado por la selección Edit/Convection DatabaseBase de la barra de menú. Ya que los archivos son de tipo de XLS usted también puede editarlos directamente del Excel. Unidades de temperaturas disponibles son la K y °C. La densidad no es una exigencia clave, aunque esto pueda ser usado en orden para calcular otras propiedades. Si no dan el coeficiente de extensión térmica, el programa asumirá que el material es un gas ideal y calculara el coeficiente como   1/ T . La temperaturas máximas y mínimas están ocultos en la columna A y se da siempre en grados Kelvin. Esta ventana es usada seleccionando la superficie o confinamiento de material y presionando el botón de convección.

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12.3.5 Convección de la Base de Datos, Hoja de Función:

Figura 8: Ventana de Datos de un Convección Térmica, Hoja de Funcion. La hoja de Función puede ser usada para casos especiales de convección forzada. Por ejemplo, la selección del metal fundido es una aproximación de h C basado en una función poli nómica de la velocidad del metal fundido dentro de un reactor de fusión. La Base de Datos usa una función del tipo: hc v)=Av^a+Bv^b+…+Gv^g donde v es(m/s. El coeficiente (A-G)esta localizado entre la columna E y K y los exponentes (a-g)están directamente en las celdas por debajo de estos. Esta ficha también puede ser utilizado si el coeficiente de convección se considera constante: simplemente escriba el valor constante en la columna E y una por debajo de cero. Esto se muestra en las filas 6, 8 y 10. Para una pared o cilindro esto es posible para especificar un ángulo de 0º a 90º, lo que que el objeto puede ser horizontal o vertical de un objeto. Cuando seleccionamos el botón de opción de , un cuadro de texto Forced Convection, un botón de texto para el fluido/gas aparece rápidamente debajo de los botones de opción.

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12.3.6 Base de Datos de Radiación de Superficie:

Figure 9: Ventana de Base de Datos para la Radiación de Superficie.

La Base de Datos para la radiación puede ser editada seleccionando Edit/Radiation Database de la barra de menú. Dado que los archivos son del tipo XLS también puede editarse directamente desde Excell. Las unidades de temperatura disponibles son K y ºC. Una(n) después del material indica las emisiones son emisiones normales y una (h) indica que son emisiones hemisféricas. Tenga en cuenta que las emisiones de una materia pueden variar mucho dependiendo de la superficie, por ejemplo: una superficie pulida emite menos radiación que una superficie sin pulir. Esta ventana es usada cuando seleccionamos el material de la superficie y presionamos el boton Radiation.

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12.3.7 Calculo de la Radiación de una Mezcla de Gas:

Figura 10: Radiación Térmica de una mezcla de gas. Usando esta ventana es posible calcular la emisibidad y absorción de gas por especificando las fracciones en volumen (indicado por el color rojo), la presión, la temperatura del gas, y la temperatura de la superficie (pared). Si el objeto es un cubo, cilindro o esfera de profundidad óptica, en consecuencia se calcula automáticamente, a pesar de que puede ser cambiado en el cuadro de texto. El botón Calculate, calcula usando las especificaciones concretas. La hoja de Gas muestra los resultados detallados de la emisión de gas en la temperatura de gas, y la hoja de Wall muestra detalladamente los resultados de la absorción de gas en la temperatura de pared. Hay dos maneras de utilizar los resultados del cálculo en la hoja principal: Seleccionar una T fija: Para seleccionar la temperatura del gas, temperatura de superficie, y emisión de la superficie se usara directamente en la Hoja Principal. Esto es una manera rápida para calcular si el gas y la temperatura de superficie son conocidas. Selección Iterativa: para seleccionar esto, el programa iterativo de valores de emisión y absorción en el rango de 0º C – 3000º C por cada 50ºC. Los resultados son transferidos a la Hoja Principal para Calcular Iterativamente. Fuera de este rango los valores serán extrapolados. Esto es útil cuando la temperatura del gas y/o la temperatura de la superficie son conocidas.

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12.3.8 Calculo de la Radiación de Partícula:

Figura 11: Ventana de la Radiación de Partícula.

Usando esta ventana es posible calcular la emisión de una nube de partículas cuando algunos datos detallados acerca de las partículas y la geometría del contenedor se conocen. Los resultados también se puedes utilizar para una T fija o iterativa como en la mezcla de gases del diálogo de las radiaciones. El botón Diagram, muestra un simple dibujo de la distribución de una partícula en el contenedor. La emisión de gas en la temperatura del gas y la absorción de gas en la temperatura de la superficie se extraen automáticamente de Gas Mixture Radiation, cuando el diálogo este disponible.

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12.3.9 Cálculos de las Metas (Dialogo de Metas):

Figure 12: Ventana de Dialogo de Metas. El Target Dialog extiende la posibilidad de calcular la pérdida de calor. Por ejemplo, es posible calcular el espesor de aislamiento necesario para lograr una cierta pérdida de calor o, en el ejemplo de la Figura 12, el ancho de un radiador para conseguir una pérdida de calor (en este caso la producción de calor) de 0,5 kW. El siguiente paso a paso describe cómo el Target Dialog se puede utilizar para esta iteración. 1. 2. 3. 4. 5.

Abra el archive del directorio Radiator.HTR from the Hsc5\HeatLoss Selecciona Target/Target Dialog del menú. Elija Width de la lista despegable en el cuadro Value de las variables. Pulse Set variable, que establece el ancho del radiador como el valor de la variable. Pulse Set target, que establece la pérdida de calor del radiador (calor de salida) como el valor objetivo. 6. Seleccione Calculate Heat flow (método de cálculo) de la lista desplegable en el marco Iteración. 7. Escriba 1 en la columna Min, 10 en la columna Max y el 0,5 en la columna Valor. Esto especifica la anchura mínima y máxima y el valor objetivo de la pérdida de calor (calor). 8. Pulse Iterate Selected Rows, que calcula el ancho de una potencia calorífica de 0,5 kW. El ancho del radiador es 5.747 m, como se puede ver desde la ventana principal. Si la opción Worksheet cell en un cuadro desplegable está seleccionada, cualquier hoja de celdas en la ventana principal se puede utilizar como una variable o valor objetivo. Un ejemplo de ello podría ser necesario iterar el grosor de una capa (línea 4) a fin de lograr un cierto calor.

90

12.3.10 Diagrama Especificada por el Usuario (Diagrama de Dialogo) En lugar de solo iterar un cierto valor del objetivo, el Diagram Dialog puede ser usado para representar la grafica de todo el rango. En el ejemplo siguiente(figura 13), se muestra la influencia de la temperatura del agua en el interior el flujo de calor (en este caso la salida del radiador de calor). Paso a paso el diagrama puede lograrse de la siguiente manera: 1. Abrir Radiator.HTR del directorio de Hsc5\HeatLoss. 2. Seleccionar del Menu Diagram/Diagram Dialog. 3. Seleccionar Worksheet cell de la lista despegable en el valor de X. 4. Mover a la celda C9 en la ventana principal (la temperatura interior) y presionar X. Establecer el valor en el cuadro de diálogo. 5. Seleccionar Heat loss de la lista despegable en el valor de Y y presionar Y1 estableciendo su valor. 6. Calcular Heat loss de la lista despegable en el Marco del Diagrama 7. Escribir 90 en el cuadro de texto MAX y 5 en el cuadro de texto STEP. Esto significa que la temperatura interior de 30 ° C a 90 ° C será calculado cada 5 ° C. El cuadro de diálogo mostrara un aspecto similar a la Figura 13. 8. Presione Diagram. 9. En la Tabla de la ventana del Diagrama, es posible especificar las propiedades en detalle. Sin embargo, si esto no es necesario solo presione Diagram aquí. El diagrama que resulta, se muestra en la Figura 14.

Figure 13: Ventana del Dialogo del Diagrama. Especificaciones del Diagrama.

91

Figura 14: El diagrama muestra la influencia de la temperatura interior sobre la salida del calor de radicación. Otro diagrama útil estudiara el óptimo espesor de aislamiento de una geometría cilíndrica (por ejemplo un tubo o un tanque cilíndrico). Un espesor óptimo está disponible debido a un incremento fuera del área de la superficie, así el incremento conectivo y el calor radiactivo bajan. Las siguientes instrucciones (paso a paso) muestran como se pueden crear estos diagramas. 1.- Abre Hotwatertank.HTR de el Directorio Hsc5\HeatLoss. 2.- Selecciona del Menú: Diagram/Diagram Dialog 3.- Selecciona Worksheet cell de la lista despegable el valor de X. 4. Mover a la celda E4 en la ventana principal (espesor del aislamiento de poliuretano) y presione Set X value en el cuadro de dialogo. 5. Selecione Heat loss de la lista depegable Y-value frame y presione Set Y1 value. 6. Seleccione Calculate Heat loss de la lista despegable en el marco del diagram. 7. Escribe 0.2 en el cuadro de texto MIN, 0.5 en el cuadro de texto MAX y 0.02 en el cuadro de texto STEP. Esto significa que el espesor de aislamiento varia de 0.2 m a 0.5 m y es calculado cada 0.02 m. 8. Presiona Diagram Observe que el cálculo de tiempo puede ser importante en computadoras lentas.

92

9.- Pulse Diagram de nuevo en la ventana Diagram table. El diagrama final mostrara algo similar a la Figura 15. El optimo espesor de aislamiento teórico es ahora aproximadamente 33 cm

Figure 15: Diagrama que muestra el óptimo espesor de pared de aislamiento teorico de un tanque cilíndrico de agua caliente.

12.3.11 Limitaciones: La versión actual de pérdida de calor tiene algunas limitaciones, algunas de las cuales se enumeran a continuación. -

El número máximo de hojas de cálculo para la pared y la esfera es de diez, cuatro para el cubo y el cilindro de tres. Es posible insertar hasta 255 hojas propias.

-

La inexactitud aumenta con gruesas paredes para el cubo y el cilindro, ya que en la parte superior e inferior las capas se estiran por la superposición de las paredes. Por favor, utilice las columnas de superficie sólo si la temperatura de la superficie exterior se conoce, véanse los ejemplos Reactor1.HTR y Reactor2.HTR. - Si la temperatura mínima y/o máxima no se coloco en la base de datos, o directamente en la hoja de las filas 17 y/o 18, entonces al extrapolarse los coeficientes de transferencia de calor (k, hc y hora) puede ser inexactas.

93

- Las correlaciones de la convección no son válidos para todos los rangos y los resultados no son seguros fuera de estos rangos. Las especificaciones de los rangos de validez se da en el capítulo 12.4. - Incrementa la inexactitud con la convección de pequeñas geometrías. -

La Convección forzada no puede ser utilizado para los cálculos internos (gases/líquidos para superficies), con un cubo, el cilindro y la esfera, ya que las correlaciones son sólo válidos para fuerzas de convección externa. En cambio, el coeficiente de calor por convección hc se debe especificar manualmente o usando la hoja de Function en el Conduction Database.

-

Si las columnas nos determina una superficie para un cubo, cilindro o esfera, a continuación, se asumirá una convección externa.

-

Si la velocidad de fluido es muy lenta y la ficha de la Tabla esta seleccionda como entrada, la combinación de convección libre y forzada juega un papel importante, sin embargo esto no es tenido en cuenta en este módulo

-

La radiación de una superficie para el entorno (o viceversa): la superficie es considerada gris y difusa, que es solo una (T)=e(T), esto es sin embargo una aproximación valida para muchos casos.

-

La emisión de las radiaciones para superficies dentro de la base de datos nos da ambos casos: normal(n) o hemisférica(h).

-

La temperatura mínima es -200º C y el máximo es 8000ºC, sin embargo datos para la temperatura máxima como estos, están raramente disponibles.

-

Algunos programas no son capaces de dar con la respuesta correcta. Si esto sucediera se intentaría usar diferentes perdidas de calor (mejor aproximaríamos) y recalcularíamos. Se debe asegurar que la temperatura mínima o máxima no esté excediendo.

-

Cuando calculamos el perfil de temperatura nos aconseja para la solución la temperatura exterior (fresca) y el programa calcula la temperatura interior. La selección inversa, puede ser fácil dirigir para temperaturas bajas que 0ºk si la pérdida de calor especifico es muy alto.

12.4. Teoría Básica detrás de la Transferencia de Calor: Este capitulo explica la teoría básica de la transferencia de calor usado por el modulo. Las ecuaciones y teoría dan este uso dentro del programa. El flujo de calor total en la dimensión (x) es: '' [1] x x

q q A

94

''

Donde: q x es el flujo de calor, y A es la unidad de área. Esto es a menudo práctico para usar una analogía entre la transferencia de calor en la ley de Ohms en electricidad. La resistencia térmica es definido como:

R

T1  T2 qx

[2]

Donde T1 y T2 son los puntos de temperatura y q x es el flujo de calor. La conductancia térmica es entonces:

G

1 R

[3]

Donde R es la Resistencia térmica: El flujo de calor es dependiente del tiempo, donde: qx = q(x, t) son dos formas básicas de identificar los problemas de transferencia de calor. Este programa es concerniente solo con estados estables con condiciones no dependientes del tiempo, que significa que las condiciones son validas para una t infinita. Un numero de parámetros dimensionales son usados en este capitulo. Algunos de estos son solo materiales específicos y pueden ser listados en una tabla, mientras otros son de geometrías específicas o relacionadas directamente. Las ecuaciones [4] a [7] muestras los más importantes. La difusividad Térmica esta definida como:



k cp 

[4] Donde k es la conductividad térmica, cp es la capacidad térmica a presión constante y ρ es la densidad: La velocidad cinemática esta definida como:



 

[5] Donde µ es la viscosidad dinámica. El número de Prandtl describe la relación del impulso y la difusividad térmica. Esto es definido como:

Pr 

 

[6]

Donde n es la viscosidad cinemática y a es la difusividad térmica. El coeficiente de expansión térmica esta definido como:

 

1    1       T  p  T

[7]

Donde p denota la derivada a presion constante.

95

En orden para calcular el fujo de calor, esto debe ser separado dentro de tres formas principales: conducción, convección y radiación. Una descripción mas detallada de estas formas se dará en los capítulos siguientes.

12.4.1 Conducción: La transferencia de calor se debe a la conducción que ocurre entre puntos dentro de un material o materiales conectados entre si. La conductividad térmica es muy dependiente de la dase del material esto es dentro y fuera de la temperatura de material o materiales. Por lo tanto cálculos precisos con una simple formula no iterativa son aveces imposibles. El uso de una técnica numérica tales como un método elemental puede ser aplicado en orden para lograr resultados más precisos. La conducción para el flujo de calor de una dimensión (la ley de Fourier) es calculado como:

q x''  k

dT dx

[8]

Donde dT/dx es la temperatura derivada en dirección de x. La función k = k(T) esto generalmente no expresa la misma manera que la función del calor especifico cp = cp(T), que es una ecuación provista en otras partes del HSC, es decir, la ecuación de Kelley. En lugar de los valores de k son que es una ecuación provistos en otras partes de HSC, es decir, la ecuación de Kelley. En lugar de los valores de k se conoce en algunos puntos de la temperatura y la interpolación lineal y la extrapolación puede ser utilizada para las temperaturas fuera de estos puntos. Al calcular el flujo de calor la distancia entre los dos puntos de temperatura está dividida en una cuadrícula. Por lo tanto, podemos calcular el flujo de calor mediante la siguiente ecuación aproximada que calcula el promedio de flujo de calor a través de una capa m

q x'' 

  k n  Tn 1/ 2  Tn 1/ 2  n 1

m

m   xn

[9]

n 1

Donde Kn=Kn(Tn) es el coeficiente de conducción de calor en Tn (mitad de la pendiente), m es un paso de la pendiente(la cantidad de pasos de la distancia se divide en x), n es el punto en la mitas de una pendiente, Tn+1/2 es el punto de temperatura entre la pendiente n y la pendiente n+1, Tn-1/2 es el punto de temperatura entre la pendiente n y la pendiente n1 y Dxn es el espesor de la pendiente o cuadricula. Con el fin de poder calcular otras geometrías, el factor de forma S en la ecuación de '' velocidad total de calor q  qx A  SkT es definido por diferentes geometrías de acuerdo a las ecuaciones del [10] al [12]. Para un plano dimensional de pared y para la pared de un cubo, S es definido como: [10] S  A/ x

96

Donde A es la unidad de area por capa y x es el espesor de la capa. Para una pared cilíndrica (coordenadas cilindricas), S es definido como:

S

2h ln xo / xi 

[11]

Donde h es la altura del cilindro, Xo el radio exterior de la capa y Xi el radio interior de la capa. Para una pared esférica (coordenadas esféricas), S es definido como:

S

4xi xo xo  xi

[12]

12.4.2 Convección: Transferencia de calor debido a la convección se produce entre dos puntos, donde uno está sobre una superficie y el otro en un fluido/gas. La convección normalmente no puede resolverse matemáticamente salvo para algunos casos laminar. Por lo tanto, los cálculos de la convección se basan principalmente en ecuaciones empíricas o correlaciones y la incertidumbre, o el margen de error en estos cálculos pueden ser tan alta como ± 20%. En la literatura estas correlaciones también pueden variar y la validez del resultado es principalmente limita a algunos rangos de una o más propiedades termofísicas del fluido/gas. Las ecuaciones de correlación utilizados en el programa se han tomado de las referencias /1/ y /2/. El flujo de calor debido a la convección se calcula como

q' '  hc Ts  T 

[13]

Donde hc es el coeficiente de convección, Ts es la temperatura de superficie y T∞ es la temperatura del fluido/gas. Los modelos matemáticos para h c, basado en datos experimentales, son determinados en forma adimensional utilizando el número de Nusselt, que se define como Nu L 

hc L k

[14]

Donde L es la longitud característica para la longitud prescrita. El número de Nusselt puede ser relacionado a través de datos empíricos a otras propiedades de la convección gas/fluido. Estas propiedades son normalmente dependientes de la temperatura y la presión, por lo tanto la temperatura de la película, T f = (Ts+T∞)/2, debe ser utilizada al determinar esas propiedades. La tarea es entonces simplemente para describir el problema lo más exacto posible y para seleccionar la correlación adecuada. Usando la ecuación [14] y la adecuada ecuación de correlación el valor de hc puede ser calculado. Las

97

correlaciones dependen en si la convección forzada o libre (natural) es estudiada. En la convección forzada, el movimiento del fluido se debe a un gradiente de presión externa provocada por un ventilador o una bomba. En la convección libre, el movimiento de fluidos se debe sólo a las fuerzas flotantes o como las fuerzas gravitacional o centrífuga. En la convección forzada, algunos casos cuando la velocidad del fluido es baja, existe una combinación de convección forzada y libre llamado convección mixta, sin embargo esto no es tenido en cuenta en este trabajo. Véase 3.11 limitaciones para una descripción más detallada cuando las condiciones de convección mixta son notables. Convección también puede ser subdividirse en flujo interno y externo, esto significa que el fluido es bien contenido dentro de un recinto o fluye libremente fuera una geometría. El flujo en las tuberías es un ejemplo de un flujo forzado interno que se ha estudiado minuciosamente. El flujo forzado interno es más difícil de examinar debido a, por ejemplo, la influencia de fuerzas centrífugas dentro de los reactores. El coeficiente de convección también depende en la forma en que el fluido se pone en movimiento, por ejemplo, diferentes tipos de hélices dan diferentes coeficientes. En algunos casos las correlaciones experimentales son simples para el coeficiente de convección en la forma h c = hc(u∞) puede ser utilizado. El flujo externo también ha sido estudiado ampliamente y a continuación se enumeran las distintas correlaciones que pueden utilizarse para diferentes casos. Tener en cuenta que para una pared plana la convección interna es equivalente a la convección externa. Convección Libre: La correlación que describe la naturaleza del flujo de convección libre se llama el número de Rayleigh y se define de acuerdo a:

Ra L 

g (Ts  T ) L3

[15]



Donde g es la aceleración de la gravedad y el b coeficiente de expansión térmica. A veces, el número de Grashof, el cual describe la relación de fuerzas flotantes y las fuerzas viscosas, se utiliza en las correlaciones y se define como:

GrL 

g (Ts  T ) L3



2



Ra L Pr

[16]

Una descripción de cómo calcular el número de Nusselt de convección libre, se define en la ecuación 14, para diferentes geometrías se explica a continuación: Pared, posición vertical θv=0º/1/: 

Superficie.  Característica de longitud: L=z

98



flujo laminar: (RaL 1708:

Nu L  0.069Ra1L/ 3 Pr 0.074

 

Válida cuando: 3.105 < RaL < 7.109

Superficie inferior fría:  Nu L  1 (Condición pura)

Cubo /1/: 

Superficie:  Flujo interno:  Característica de longitud: L = zi  Número de Nusselt en función de la ecuación [17] o [18] para todas las paredes.

100

 

El enfriamiento del flujo se asume en las paredes (circulación descendente), creando así una corriente que circula con una circulación ascendente a través del centro del cubo. No es válido para cubos pequeños.





Flujo externo:  Paredes del cubo:  Características de longitud: L = z0  Número de Nusselt de acuerdo a la ecuación [17] o [18].  Techo y fondo:  Características de longitud: L = A/P, es decir, el área de la superficie techo/fondo dividido por el perímetro.  Nuroof y Nubottom de acuerdo a la ecuación [22], [23] o [24] Reciento: 

El mismo que para la pared, dependiendo en el reciento del cubo horizontal o vertical.

Cilindro, vertical θv = 0º /1/: 

Superficie:  Flujo interno:  Característica de longitud: L = zi  Número de Nusselt de acuerdo a la ecuación [17] o [18] para pared, techo, fondo.  El enfriamiento del flujo se asume en las paredes (circulación descendente), creando así una corriente que circula con un circulación ascendente a través del centro del cilindro.  No es válido para cilindros pequeños. 

Flujo externo:  Pares del cilindro:  Característica de longitud: L = z0  Número de Nesselt de acuerdo a la ecuación [17] o [18]  Valido cuando: D / L  35 /( Ra L / Pr)1/ 4  Techo y fondo:  Característica de longitud: L = A/P = D/4, es decir, el área de superficie dividido por el perímetro.  Nuwall de acuerdo a la ecuación [17] o [18].  Nuroof y Nubotton de acuerdo a la ecuación [22], [23] o [24]



Recinto:  Aproximación a la pared de recinto vertical

101

Cilindro, Horizontal θv = 90º /1/: 

Superficie:  Flujo interno:  Característica de longitud: L = Di  Número de Nesselt de acuerdo a la ecuación [17] o [18]  El enfriamiento del flujo se asume en las paredes (circulación descendente), creando así una corriente que circula con una circulación ascendente a través del centro del cilindro.  No es válido para cilindros pequeños. 

Flujo externo:  Pared del cilindro:  Característica de longitud: L = D0   0.387 Ra1D/ 6   Nu D  0.60   9 / 16 8 / 27   1  (0.559 / Pr)    Valido cuando: RaD ≤ 1012





2



[26]

Techo y fondo:  Característica de longitud: L = espesor del recinto del cilindro.  hc calculado directamente, no a través del número de Nusselt (Nu L) ln Do / Di 4 Ra [27] Rac*  L 5 L3 Di3 / 5  Do3 / 5  RaC* < 100: k [28] hc  ln Do / Di   Di / 2  RaC* ≥ 100: 1/ 4 Pr   * 1/ 4 keff  0.386 [29]  Rac  k  0.861  Pr  keff hc  ln Do / Di   Di / 2  Valido cuando: 102 ≤ RaC* ≤ 107





 

Esfera / 1 /: 

Superficie:  Flujo interno:  Longitud característica: L = Zi  Número de Nesselt de acuerdo a la ecuación [17] o [18]

102

  

El enfriamiento del flujo se asume en las paredes (circulación descendente), creando así una corriente que circula con una circulación ascendente a través del centro de la esfera. No es válido para esferas pequeñas.

Flujo externo:  Longitud característica: L = D0 0.589 Ra1D/ 4 Nu D  2  4/9 1  (0.469 / Pr)9 /16  Valido cuando: RaD ≤ 1011 Pr ≥ 0.7







Recinto:  Longitud característica: L = espesor del recinto de la esfera.  hc calculado directamente, no a través del número de Nusselt (Nu L) L Ra L Ra s*  4 7 / 5 Do Di  Di  Do7 / 5 5





[31]

[32]



RaS* < 100: DD hc  k i o L *  RaS ≥ 100:

[33] 1/ 4

Pr   keff  0.74   0.861  Pr  DD hc  keff  i o L  Valido cuando: 102 ≤ RaS* ≤ 104

Ra 

* 1/ 4 s

k

[34] [35]

Convección forzada La convección forzada es aquí asumida a ser sólo externa. El número de correspondencia que describe la naturaleza del flujo de convección forzada se llama el Número de Reynolds, que describe la relación de fuerzas de inercia a las fuerzas viscosas de un flujo y se define como: Re L 

u L



[36]

Donde u∞ es la velocidad del fluido/gas. Tener en cuanta que la dirección del flujo es asumida a ser solo horizontal en este programa y que la convección forzada dentro de recintos no es tomada en consideración.

103

Pared /1/:  Flujo laminar, ReL ≤ 5.105: Nu L  0.664 Re1L/ 2 Pr1/ 3  

[37]

Valido cuando: Pr ≥ 0.6

Flujo turbulento (flujo de separación), ReL ≥ 5.105: Nu L  (0.037 Re 4L/ 5  871) Pr1/ 3 

[38]

Valido cuando: 0.6 ≤ Pr ≤ 60 5.105 ≤ ReL ≤ 108

Cubo /1/:  

Flujo tangencial horizontal asumido por todos los lados. Paredes del cubo:  Longitud característica de la pared delantera y trasera: L = xO.  Longitud característica de la pared izquierda y derecha: L = yO.  Número de Nusselt calcula como [37] o [38]  Techo y fondo:  Longitud característica: L = yO  Número de Nuselt calculada como [37] o [38] Cilindro /1/: 

Pared del cilindro:  Longitud característica: L = DO 5/8 0.62 Re1D/ 2 Pr1/ 3   Re D   Nu D  0.3    1   2 / 3 1/ 4 1  0.4 / Pr    282000  



 



4/5

[39]

Valido cuando: ReD.Pr ≥ 0.2

Techo y fondo:  Longitud característica: L  ro  es decir, cuadrado con la misma área.  Número de Nusselt calculada como [37] o [38]

Esfera /1/, /2/:  Longitud característica: L = D0

104

1/ 4

  [40] Nu D  2  (0.4 Re  0.06 Re ) Pr     s  Donde µ∞ es la viscosidad dinámica en la temperatura de fluido/gas y µS es la viscosidad dinámica en la temperatura de la superficie. Válido cuando: 0.71 ≤ Pr ≤ 380 3.5 ≤ ReD ≤ 7.6.104 1.0 ≤ (µ∞/µS) ≤ 3.2 1/ 2 D

2/3 D

0.4

12.4.3 Radiación Transferencia de calor se produce debido a la radiación en el rango de aproximadamente 0.4 mm a 1000 mm de longitud de onda del espectro electromagnético /3/. Esto incluye tanto el espectro de luz visible, así como la radiación infrarroja. La transferencia de calor por radiación entre dos puntos se produce cuando las ondas son emitidas en un punto y son absorbidas en el otro. A veces, la onda es reflejada o transmitida y, por tanto, no hay transferencia de calor por radiación entre estos dos puntos. Sin embargo, la onda puede ser absorbida por otro punto por lo tanto, se crea un flujo de calor entre estos nuevos puntos. Dado que la radiación consiste de ondas electromagnéticas por lo tanto, no depende del medio, de hecho, la radiación de transferencia de calor a través de un vacío es mayor que a través de otros medios, ya que casi ninguna radiación es absorbida allí. La radiación juega un papel importante a altas temperaturas y la transferencia de calor por radiación es en este caso mucho más elevada que la transferencia de calor por convección. Esto puede verse en las ecuaciones [41], [44] y [52], con temperaturas elevadas a una potencia de cuatro. La transferencia de calor por radiación se puede subdividir en tres tipos: radiación superficial, radiación de gas y la radiación combinada de gas y radiación de partículas. Estos son descritos más abajo. Radiación Superficial De radiación en superficie significa que el flujo de calor se debe a una superficie (a la temperatura T) que se irradia al resto del medio ambiente (a la temperatura T ¥), que se supone que es muy grande en comparación con la superficie radiante. Un caso típico podría ser de las paredes de una gran sala. La red de flujo de calor se calcula de acuerdo con



q' '   s Ts4  T4



[41]

Donde εs es la emisividad de la superficie, que es una función de la temperatura de la superficie, εs = εs (Ts) y σ es la constante de Stefan-Boltzmann. La superficie se asume ser de color gris, lo que significa que la superficie de absorción es igual a la emisividad de la superficie (αS(T)= εs(T)).

105

Para facilitar la comparación con el índice de calor por convección, podemos definir el coeficiente de radiación de calor como:



hr   s Ts  T  Ts2  T2



[42]

y utilizando las ecuaciones [41] y [42], al taza de calor se puede expresar como:



q' '  hr Ts  T



[43]

que es de la misma forma como la ecuación [13]. La emisividad de la superficie puede ser encontrada en las tablas en la literatura. La emisividad normal (es) o la semiesférica o la emisividad total (eh) podrán ser catalogados dependiendo del material. La emisividad normal es emisividad direccional normal mientras que la emisividad semiesférica es el valor promedio para todos los ángulos sólidos que pasa a través de un hemisferio centrado sobre el elemento de superficie /3/.

Radiación de Gas El flujo de calor debido a la radiación de un gas a la superficie se calcula como /4/ q' ' 

 s 1 2

  gTg4   gTs4 

[44]

Donde εs es la emisividad de la superficie, εg = εg (Tg) es la emisividad de gas en la temperatura de gas y αg = αg (Tg, Ts) es la absorción de gas en función de ambas temperaturas tanto del gas y de la superficie. Esto es natural que αg también depende de Ts, ya que define el espectro de la radiación y esto es claro porque T g define el estado del gas y, por tanto, sus propiedades térmicas. La superficie se supone que también aquí que es gris. El coeficiente de calor por radiación es ahora hr 

 s  1  gTg4   gTs4  2Tg  Ts 

[45]

Para el cálculo de R y T la exponencial de banda ancha en el modelo propuesto /5/ se pueden utilizar. Este modelo ha sido optimizado y más eficiente en computacional /6/.El modelo puede tratar a las mezclas que contengan H2O, CO2, CO, NO, SO2 y CH4, por ejemplo, gas de nitrógeno no irradiante. El modelo también tiene en cuenta la presión y la intensidad óptica de la geometría. La función de la emisividad del gas es:

 g   g (Tg , p, L, xH 2O , xCO2 , xCO , xNO , xSO2 , xCH 4 )

[46]

106

donde p es la presión, L es la profundidad óptica y x es la fracción molar de las especies individuales de gas. Tenga en cuenta que la suma de los gases de radiación puede ser menor que uno, Σxsp ≤ 1, ya que el resto de la mezcla puede consistir en gases no irradiantes. Este modelo es aplicable para el rango de temperatura T = 300 K a 2500-3000 K y el intervalo de la presión p = 0,5 a 20 bar. La profundidad óptica L depende de la geometría y se muestra en la siguiente tabla para los más comunes geometrías /7/. Todas las superficies se supone que son capaces de absorber la radiación. GEOMETRIA 1. Esfera 2.1 Cilindro (h=0.5D) 2.2 Cilindro (h=D) 2.3 Cilindro (h=2D) 3.1 Cubo (1x1x1) 3.2 Cubo (1x1x4) 3.3 Cubo (1x2x6)

DIMENSION CARACTERISTICO Diámetro (D) Diámetro (D) Diámetro (D) Diámetro (D) Cualquier lado (x) Lado más corto (x) Lado más corto (x)

PROFUNDIDAD OPTICA (L) 0.63D 0.45D 0.6D 0.73D 0.6x 0.81x 1.06x

Tabla 1. Ejemplos de la profundidad óptica de geometrías simples Para las dimensiones que no figuran en el Tabla 1, el coeficiente de profundidad óptica puede ser interpolado o extrapolado. Un ejemplo sencillo es: Calcular la profundidad óptica de un cubo con las dimensiones 1x4x7. 1. Extrapolar como un cubo de 1x1x7 usando geometrías 3.1 y 3.2 resulta L1x1x7 = 0,6+(0.81-0.6).[(7-1)/(4-1)]=1,02 2. Extrapolar como un cubo de 1x2.5x7 usando geometrías 3.2 y 3.3 resulta L1x2.5x7 = 0,81+(1.06-0.81).[(2.5-1)/(2-1)]=1,185. 3. Estos dos resultados se pueden utilizar de nuevo para extrapolar dentro del cubo 1x4x7 que da L1x4x7 = 1.02+(1.185-1.02)×[(4-1)/(2.5-1)] = 1.35. Esta es la respuesta desde el lado más corto es x = 1. La absorción de gas en la temperatura de la superficie puede calcularse utilizando el mismo modelo si dos factores de corrección de temperaturas son introducidos. La función se convierte en: 1.5

T  T   g   g (Tg , p, L   s  , xH 2O , xCO2 , xCO , xNO , xSO2 , xCH 4 )   g  [47]  Ts   Tg  Y como visto de los factores de corrección, la temperatura Ts es ahora también necesaria como una entrada. Para más información y detalles en este modelo, debe ser consultado referencias /5/ y /6/. El código de cálculo de la radiación de gas usado por el HSC está basado en el código hecho por Tapio Ahokainen. 0.5

107

Radiación de partícula y gas combinada Una emisividad de nube de partícula puede ser calculada cuando el tamaño medio de las partículas y la geometría de la nube de partícula son conocidos, de acuerdo a /4/.

c  1 e

 p n p LAp

[48]

donde εp es la emisividad de una sola partícula, np es el número de partículas por unidad de volumen de la nube, L es el espesor de la nube y Ap es el promedio de sección transversal de la partícula. Si las partículas en la nube no son uniformes en tamaño y, entonces, superficie media de diámetro puede ser usada de acuerdo a n

A

d s2 4



 4

n d i 1 n

i

2 i

[49]

n i 1

i

donde ds es el diámetro medio de superficie y ni es el número de partículas de igual diámetro di. El total de emisividad de nube de gas y partículas pueden luego aproximarse como /7/

 g c   g   c   g  c

[50]

Donde εc es la emisividad de nube de partícula y εg es la emisividad de nube de gas es calculada según el modelo anterior, la ecuación [46]. El total de gas y partículas de nube de absortividad es aproximado como

 g c   g   c   g  c

[51]

Donde ag es la absortividad del gas calculada de acuerdo a la ecuación del modelo anterior, la ecuación [470]. Por último, el flujo de calor debido a la radiación de una nube de gas y de partículas a una superficie se calcula en función de /7/.

q' ' 

s   g cTg4   g cTs4   g  c   s   g  c s

Y el coeficiente de radiación de calor como:  s  g cTg4   g cTs4 hr   g c   s   g c s Tg  Ts 





[52]

[53]

108

16.

PESO FORMULA O PESO MOLECULAR

Fig. 1. Peso molecular.

Esta opción de cálculo sencillo del HSC Chemestry 5.0 es una rutina versátil para calcular PESOS MOLECULARES. Como ingreso se acepta cualquier fórmula química usando las expresiones convencionales permitidas en este programa. Típicas formulas escritas convencionalmente son: NaBO3*4H2O, H2Sn (OH)6, (C2H5)2O, Fe0.998O, etc. Se puede obtener varios resultados en la hoja. La función CLEAR mostrará toda la hoja. PRINT, la imprimirá. La opción de cálculo PESO FORMULA, usa la misma rutina para calcular los pesos moleculares y composición por elementos al igual que otras opciones de cálculo en el programa HSC. Por lo que se puede comprobar las formulas correctas en esta opción. La función COPY, puede permitir copiar los resultados en el lugar que uno quiera. Se puede seleccionar unidades de mol o kilos para la columna E, así como desde el mando a la derecha presionando el mouse en el lado derecho, se puede modificar el formato. Limitaciones: 1. No se usa superíndices y subíndices. 2. Paréntesis dentro de paréntesis, NO EXISTEN, por ejemplo: H2 (Sn(OH)6) is not a valid formula. Use H2Sn (OH)6 instead.

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3. Los últimos paréntesis son siempre reservadas para declaraciones de tipos, por ejemplo: As(g) Arsenic gas C Carbon O2(g) Oxygen gas C(D) Diamond Fe(l) Hierro líquido FeS2 Pirita OH(-a) Ion OH acuoso FeS2(M) Marcasite Si se desea escribir las siguientes formulas, por favor escribirlas en las siguientes formas (el último paréntesis es reservado como sufijo).ejemplo: AlO(OH) No válido AlO2H Válido AlO*(OH) Válido AlO*OH Válido

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17. DIAGRAMA DE POURBAIX (Eh - pH) Los diagramas Eh-pH muestran las áreas de estabilidad termodinámica de diferentes especies en una SOLUCION ACUOSA. Las áreas de estabilidad están representadas como función de Ph y potencial electroquímico. Usualmente los límites superiores e inferiores del agua son mostrados en el diagrama como líneas punteadas. Tradicionalmente esos diagramas han sido encontrados en diversas fuentes, sin embargo en la mayoría de ellos se los encontraba a una determinada temperatura, concentración y combinación de elementos El modulo Eh-pH del programa HSC Chemistry permite la construcción de diagramas en una amplia variedad de formas, de modo que el usuario puede dibujar los diagramas a su requerimiento. El modulo Eh-pH está basado en los cálculos STABCAL - Stability Calculations for Aqueous Systems - developed by H.H. Haung, at Montana Tech., USA9,10. 17.1 INTRODUCCION Los diagramas Eh-pH son conocidos también como diagramas de Pourbaix, de acuerdo al autor que los creo y reporto. El tipo más simple de esos diagramas está basado en un sistema químico consistente de un elemento y solución acuosa, por ejemplo: el sistema MnH2O. El condensados, hidróxidos, óxidos, etc. Los diagramas Eh-pH muestran las áreas de estabilidad de estas especies en coordenadas pH- potencial electroquímico redox. Usualmente el potencial redox está basado en el electrodo de hidrogeno (SHE), designándolo como Eh, pero se puede usar otras escalas. El POTENCIAL REDOX del sistema representa su habilidad para intercambiar electrones. El sistema tiende a remover electrones de las especies –oxidarlas, cuando el potencial Eh es alto (Eh > 0). Esas condiciones pueden existir cerca al ánodo en la celda electroquímica, pero también puede ser generado con algún agente oxidante, ejemplo: (Cu + H2O2 = CuO + H2O). En condiciones reductoras, cuando el potencial es bajo (Eh < 0), el sistema está apto para suministrar electrones a las especies, por ejemplo, con un electrodo catódico o con algunos agentes reductores. EL pH representa la habilidad del sistema para suministrar protones (H+) a las especies. En condiciones acidas (pH < 7) la concentración de protones es alta, mientras que en condiciones caustica (pH > 7) la concentración de protones es baja. Usualmente una gran cantidad de diferentes especies existen simultáneamente en los sistemas acuosos a condiciones Eh-pH. Los diagramas de Pourbaix simplifican esta situación mostrando solamente las especies predominantes cuyo contenido es alto en cada área de estabilidad. Las líneas en los diagramas representan las condiciones Eh-pH donde el contenido de las especies adyacentes es la misma en el estado de equilibrio, sin embargo, esas especies siempre existen en pequeñas cantidades en ambos lados de esas líneas y pueden tener un efecto o aplicación práctica. Las líneas en los diagramas pueden también representados por reacciones químicas y su respectiva ecuación matemática de recta, esas líneas pueden ser: 1. LINEAS HORIZONTALES: representan reacciones que involucran electrones, pero que son indiferentes del pH. tanto los iones H(+), OH(-)no participan en esas reacciones.

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2. LINEAS DIAGONALES: en pendiente positiva o negativa. Esas líneas representan reacciones que tienen electrones y/o iones H(+), OH(-). 3. LINEAS VERTICALES: esas líneas representan reacciones que involucran iones H(+), OH(-), pero que son independientes del Eh, es decir lo electrones no participan en estas reacciones. El área de estabilidad del agua esta mostrado en los diagramas Eh-pH, con líneas punteadas. El límite superior está basado por el potencial redox de generación de oxigeno en el ánodo, representado por la reacción: 2 H2O = O2 (g) + 4 H(+) + 4 eEl límite inferior está basado en la formación de hidrogeno en el cátodo, especificado por la reacción: 2 H(+) + 2 e- = H2(g) La construcción de los diagramas Eh-pH con HSC Chemistry es un tanto simple. Sin embargo, varios aspectos pueden ser tomados en cuenta cuando se especifica los sistemas químicos y cuando se analiza los resultados, por ejemplo:  Se requiere un básico conocimiento de química, soluciones acuosas, electroquímica e hidrometalurgia para llegar a las conclusiones correctas.  El modulo Eh-pH realiza cálculos usando sustancias estequiometrias puras. En la práctica los minerales pueden contener impurezas por lo que la composición puede desviarse ligeramente de estequiometria.  Hay siempre algunos errores en los datos termoquímicos de las especies. Esto puede tener significado en los resultados, especialmente si la fuerza de reacción química (delta G) es pequeña. Usualmente las pequeñas diferencias entre los diagramas de Pourbaix de diferentes fuentes se explican por lo anterior dicho.  Algunas veces los datos para las especies involucradas no son accesibles de la base de datos del HSC o de otra fuente. Ello distorsionara los resultados si las especies son estables en las condiciones evaluadas. En cambio especies no estables no afectan los resultados.  El modulo Eh-pH no tomo en cuenta el comportamiento NO IDEAL de las soluciones acuosas sin embargo, en muchos casos estos diagramas ideales dan una buena idea de las soluciones acuosas y sus reacciones, específicamente si los delta G son altos.  Los cálculos termoquímicos no toman en cuenta la cinética de las reacciones. Por ejemplo, la formación del ion SO4(-2)puede ser bajo. En esos casos los diagramas metaestables construidos por remoción de tales especies del sistema, dando resultados más consistente con los resultados experimentales.

112

El usuario del HSC debe ser cuidadoso en las conclusiones cuando dibuje diagramas Eh-PH, debido a sus limitaciones. Sin embargo estos diagramas pueden ofrecer invaluable información cuando se combina los resultados con el trabajo práctico y con un buen conocimiento de la química de las soluciones. No hay una cinética universal o teoría termoquímica, la cual que pueda sustituir los tradicionales experimentos de laboratorio con los modelos teóricos. Más información del Eh-pH-diagrams, métodos de cálculo y sus aplicaciones se peude hallar en varios libros, ejemplo el Pourbaix Atlas12.

17.2

ESPECIFICACIONES DEL SISTEMA QUIMICO

Fig. 1. Seleccionando elementos y especies para diagramas Eh – pH.

El diagrama Eh-pH a dibujar usando el HSC, Fig. 1., debe seguir un procedimiento apropiado, pues el usuario especifica el sistema químico, el que se usaría para hacer los cálculos. Asumiendo que el sistema contiene Cu, S y H2O. Las siguientes etapas deben tomarse en cuenta secuencialmente:

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1. Seleccionar el elemento principal, seleccionar un elemento de la lista. Este elemento será usado como el elemento principal en el diagrama, es decir todas las especies que se mostraran en el diagrama, contendrán ese elemento. El usuario puede fácilmente cambiar de elemento principal posteriormente. El Cu ha sido seleccionado en este lugar. 2. Seleccionar otros elementos, hasta 7 elementos pueden ser seleccionados pero es recomendado usar un número menor debido a la gran cantidad de elementos y especies que incrementan los cálculos y pueden causar algunos problemas. S ha sido elegido en este ejemplo, NOTA: no es necesario seleccionar H y O, pues ellos están incluidos automáticamente. 3. Search Mode, esta selección especifica el tipo de especies que deberan colocarse desde la base de datos. Es recomendable la selección propuesta por el programa. NOTA: Condensed = sustancias solidas, Aqueous Neutrals =especies disueltos sin cambio, Aqueous Ions = iones disueltos, Gases = especies gaseosas sin cambio, Gas Ions = iones gaseosos, Liquids = especies liquidos. 4. Ok, presionar esta indicación para buscar las especies en la base de datos. 5. Select Species, usualmente se puede seleccionar todas las especies que irán al diagrama presionando All. En algunos casos, sin embargo, es útil remover especies innecesarias del sistema. Esta decrecerá el tiempo de cálculo y simplifica los diagramas. NOTA: A) Presionando simultáneamente tecla Ctrl y click con el mouse es fácil seleccionar lo que uno quiere. B) Con doble click sobre la especie es posible ver más información de las especies. Cargar CuS2 5.IEP para ver las especies seleccionadas en este ejemplo. 6. Temperature, el usuario debe especificar al final la temperatura para construcción del diagrama. Como máximo 4 temperaturas se puede fijar para dibujar diagramas combinados, que muestran el efecto de la temperatura .Las temperaturas 25, 50, 75 y 100 ºC han sido elegidos en este ejemplo. 7. Criss-Cobble, esta opción permite al HSC extrapolar la función de capacidad calorífica de especies acuosas, si esto no ha dado la base de datos. ver Capitulo28.4. 8. EpH, presionando esta función se activa el dialogo de guardar archivo (File Save) y cálculo del diagrama. Ud. también puede presionar File Save para guardar los datos para uso posterior sin hacer el cálculo del diagrama.

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9. Diagram, presionando este botón se mostrara las especificaciones del diagrama (ver, Cap.r 17.3 y Fig 2.)presionando Diagram en la Fig. 2 se verá el diagrama propuesto por HSC. 17.3

MENU DEL DIAGRAMA Eh – pH

Fig. 2. Valores de defectos para los diagramas Eh – pH. El menú para el diagrama Eh – pH muestra un resumen del sistema químico tal como los valores del diagrama las forma más rápida para obtener el diagrama es aceptar todos los valores Default (propuestos por el programa) y presionar Diagram para diagramas simples o Combine para diagramas combinados. Usualmente al inicio, no es necesario de modificaciones a los valores Default. Sin embargo, es importante comprender el significado de estas programaciones pues ello podría tener fuerte impacto en los diagramas. Los detalles de este menú se explican a continuación.

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17. DIAGRAMA DE POURBAIX (Eh - pH) Los diagramas Eh-pH muestran las áreas de estabilidad termodinámica de diferentes especies en una SOLUCION ACUOSA. Las áreas de estabilidad están representadas como función de Ph y potencial electroquímico. Usualmente los límites superiores e inferiores del agua son mostrados en el diagrama como líneas punteadas. Tradicionalmente esos diagramas han sido encontrados en diversas fuentes, sin embargo en la mayoría de ellos se los encontraba a una determinada temperatura, concentración y combinación de elementos El modulo Eh-pH del programa HSC Chemistry permite la construcción de diagramas en una amplia variedad de formas, de modo que el usuario peude dibujar los diagramas a su requerimiento. El modulo Eh-pH esta basado en los calculos STABCAL - Stability Calculations for Aqueous Systems - developed by H.H. Haung, at Montana Tech., USA9,10. 17.1

INTRODUCCION

Los diagramas Eh-pH son conocidos también como diagramas de Pourbaix, de acuerdo al autor que los creo y reporto. El tipo más simple de esos diagramas esta basado en un sistema químico consistente de un elemento y solución acuosa, por ejemplo: el sistema MnH2O. El condensados, hidróxidos, óxidos, etc. Los diagramas Eh-pH muestran las áreas de estabilidad de estas especies en coordenadas pH- potencial electroquímico redox. Usualmente el potencial redox esta basado en el electrodo de hidrogeno (SHE), designándolo como Eh, pero se puede usar otras escalas. El POTENCIAL REDOX del sistema representa su habilidad para intercambiar electrones. El sistema tiende a remover electrones de las especies –oxidarlas, cuando el potencial Eh es alto (Eh > 0). Esas condiciones pueden existir cerca al ánodo en la celda electroquímica, pero también puede ser generado con algún agente oxidante, ejemplo: (Cu + H2O2 = CuO + H2O). En condiciones reductoras, cuando el potencial es bajo (Eh < 0), el sistema esta apto para suministrar electrones a las especies, por ejemplo, con un electrodo catódico o con algunos agentes reductores. EL pH representa la habilidad del sistema para suministrar protones (H+) a las especies. En condiciones acidas (pH < 7) la concentración de protones es alta, mientras que en condiciones caustica (pH > 7) la concentración de protones es baja. Usualmente una gran cantidad de diferentes especies existen simultáneamente en los sistemas acuosos a condiciones Eh-pH. Los diagramas de Pourbaix simplifican esta situación mostrando solamente las especies predominantes cuyo contenido es alto en cada área de estabilidad. Las líneas en los diagramas representan las condiciones Eh-pH donde el contenido de las especies adyacentes es la misma en el estado de equilibrio, sin embargo, esas especies siempre existen en pequeñas cantidades en ambos lados de esas líneas y pueden tener un efecto o aplicación práctica. Las líneas en los diagramas pueden también representados por reacciones químicas y su respectiva ecuación matemática de recta, esas líneas pueden ser: 1. LINEAS HORIZONTALES: representan reacciones que involucran electrones, pero que son indiferentes del pH. tanto los iones H(+), OH(-)no participan en esas reacciones.

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2. LINEAS DIAGONALES: en pendiente positiva o negativa. Esas líneas representan reacciones que tienen electrones y/o iones H(+), OH(-). 3. LINEAS VERTICALES: esas líneas representan reacciones que involucran iones H(+), OH(-), pero que son independientes del Eh, es decir lo electrones no participan en estas reacciones. El área de estabilidad del agua esta mostrado en los diagramas Eh-pH, con líneas punteadas. El limite superior esta basado por el potencial redox de generación de oxigeno en el ánodo, representado por la reacción: 2 H2O = O2(g) + 4 H(+) + 4 eEl limite inferior esta basado en la formación de hidrogeno en el cátodo, especificado por la reacción: 2 H(+) + 2 e- = H2(g) La construcción de los diagramas Eh-pH con HSC Chemistry es un tanto simple. Sin embargo, varios aspectos pueden ser tomados en cuenta cuando se especifica los sistemas químicos y cuando se analiza los resultados, por ejemplo:  Se requiere un básico conocimiento de química, soluciones acuosas, electroquímica e hidrometalurgia para llegar a las conclusiones correctas.  El modulo Eh-pH realiza cálculos usando sustancias estequiometrias puras. En la práctica los minerales pueden contener impurezas por lo que la composición puede desviarse ligeramente de estequiometria.  Hay siempre algunos errores en los datos termoquímicos de las especies. Esto puede tener significado en los resultados, especialmente si la fuerza de reacción química (delta G) es pequeña. Usualmente las pequeñas diferencias entre los diagramas de Pourbaix de diferentes fuentes se explican por lo anterior dicho.  Algunas veces los datos para las especies involucradas no son accesibles de la base de datos del HSC o de otra fuente. Ello distorsionara los resultados si las especies son estables en las condiciones evaluadas. En cambio especies no estables no afectan los resultados.  El modulo Eh-pH no tomo en cuenta el comportamiento NO IDEAL de las soluciones acuosas sin embargo, en muchos casos estos diagramas ideales dan una buena idea de las soluciones acuosas y sus reacciones, específicamente si los delta G son altos.  Los cálculos termoquímicos no toman en cuenta la cinética de las reacciones. Por ejemplo, la formación del ion SO4(-2)puede ser bajo. En esos casos los diagramas metaestables construidos por remoción de tales especies del sistema, dando resultados mas consistente con los resultados experimentales. El usuario del HSC debe ser cuidadoso en las conclusiones cuando dibuje diagramas Eh-PH, debido a sus limitaciones. Sin embargo estos diagramas pueden ofrecer

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invaluable información cuando se combina los resultados con el trabajo práctico y con un buen conocimiento de la química de las soluciones. No hay una cinética universal o teoría termoquímica, la cual que pueda sustituir los tradicionales experimentos de laboratorio con los modelos teóricos. Mas información del Eh-pH-diagrams, métodos de calculo y sus aplicaciones se peude hallar en varios libros, ejemplo el Pourbaix Atlas12. 17.2

ESPECIFICACIONES DEL SISTEMA QUIMICO

Fig. 1. Seleccionando elementos y7 especies para el diagrama Eh - pH

El diagrama Eh-pH a dibujar usando el HSC, Fig. 1., debe seguir un procedimiento apropiado, pues el usuario especifica el sistema químico, el que se usaría para hacer los cálculos. Asumiendo que el sistema contiene Cu, S y H2O. Las siguientes etapas deben tomarse en cuenta secuencialmente: 4. Seleccionar el elemento principal, seleccionar un elemento de la lista. Este elemento será usado como el elemento principal en el diagrama, es decir todas las especies que se mostraran en el diagrama, contendrán ese elemento. El

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usuario puede fácilmente cambiar de elemento principal posteriormente. El Cu ha sido seleccionado en este lugar. 5. Seleccionar otros elementos, hasta 7 elementos pueden ser seleccionados pero es recomendado usar un número menor debido a la gran cantidad de elementos y especies que incrementan los cálculos y pueden causar algunos problemas. S ha sido elegido en este ejemplo, NOTA: no es necesario seleccionar H y O, pues ellos están incluidos automáticamente. 6. Search Mode, esta selección especifica el tipo de especies que deberan colocarse desde la base de datos. Es recomendable la selección propuesta por el programa. NOTA: Condensed = sustancias solidas, Aqueous Neutrals =especies disueltos sin cambio, Aqueous Ions = iones disueltos, Gases = especies gaseosas sin cambio, Gas Ions = iones gaseosos, Liquids = especies liquidos. 7. Ok, presionar esta indicación para buscar las especies en la base de datos. 8. Select Species, usualmente se puede seleccionar todas las especies que irán al diagrama presionando All. En algunos casos, sin embargo, es útil remover especies innecesarias del sistema. Esta decrecerá el tiempo de cálculo y simplifica los diagramas. NOTA: C) Presionando simultáneamente tecla Ctrl y click con el mouse es fácil seleccionar lo que uno quiere. D) Con doble click sobre la especie es posible ver más información de las especies. Cargar CuS2 5.IEP para ver las especies seleccionadas en este ejemplo. 9. Temperature, el usuario debe especificar al final la temperatura para construcción del diagrama. Como máximo 4 temperaturas se puede fijar para dibujar diagramas combinados, que muestran el efecto de la temperatura .Las temperaturas 25, 50, 75 y 100 ºC han sido elegidos en es te ejemplo. 10. Criss-Cobble, esta opción permite al HSC extrapolar la función de capacidad calorífica de especies acuosas, si esto no ha dado la base de datos. ver Capitulo28.4. 11. EpH, presionando esta función se activa el dialogo de guardar archivo (File Save) y calculo del diagrama. Ud. también puede presionar File Save para guardar los datos para uso posterior sin hacer el cálculo del diagrama. 12. Diagram, presionando este botón se mostrara las especificaciones del diagrama (ver, Cap.r 17.3 y Fig 2.)presionando Diagram en la Fig. 2 se vera el diagrama propuesto por HSC.

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17.3 Menús de Diagrama Eh - pH

Fig. 2. Los valores predeterminados para el diagrama Eh – pH. En el menú del diagrama EpH se muestra un resumen de las especificaciones del sistema químico, así como determinados valores por defecto para el diagrama. La forma más rápida de avanzar es aceptar todos los valores por defecto y pulsar Diagram para diagramas simples de EpH o combinados. Generalmente, al principio, no hay necesidad de modificar los valores predeterminados. Sin embargo, es importante entender el significado de estos valores, ya que pueden tener un efecto fuerte en el diagrama. Los detalles de las opciones del menú para el diagrama de están explicados en los párrafos siguientes. 1. Abrir archivo El módulo de la EpH también se puede utilizar como una aplicación independiente, en estos casos, los datos del diagrama se pueden ser leídos desde *. IEP pulsando Abrir archivo. Normalmente, las especificaciones del sistema se transfieren automáticamente de la hoja de especificaciones del sistema para el menú del diagrama de la figura. 2.

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Las especificaciones del diagrama pueden ser modificar en el menú del diagrama. Las opciones se pueden guardar para su uso posterior con la selección Guardar archivo IEP en el menú. Los archivos IEP también pueden ser editados por cualquier editor de texto como el Bloc de notas de Windows. Por favor tenga cuidado ya que cualquier error puede provocar resultados impredecibles. Los resultados de cálculo pueden ser guardados en el archivo *. EPH con la opción Guardar archivo EPH y cargar de nuevo con la opción Abrir archivo EPH lo que hace que el diagrama se recalcula automáticamente. 2. Especies y DG- datos del libro Las especies seleccionadas y lo calculado DG está basado en los datos de entalpía, la entropía y los valores de capacidad calorífica están en la base de datos del HSC se muestra en la hoja de especies del libro diagrama, figura. 2. Las especies están organizadas de acuerdo a los elementos y las especies de tipo. El usuario puede modificar los datos de la DG, así como añadir o eliminar las especies en esta hoja. La hoja de especies hace posible el uso de los datos y las especies que no se puede encontrar en la base de datos de HSC, por ejemplo, A. Los diagramas de Pourbaix publicados a menudo se basan en la D.G. de los datos que figuran en los documentos originales. Esta D. G. de datos pueden ser utilizados en la hoja de las especies para sustituir los valores por defecto basados en la base de datos de HSC si es necesario. Tenga en cuenta que estos valores de la DG también puede ser calculada a partir de los valores de potencial estándar utilizando la ecuación 1

GnF  en donde n es la carga transferida (número de electrones)en la reacción de la célula, F es la constante de Faraday (23045 cal / (V * mol)) y E es el electrodo normal de potencial en voltios. Nota: DG de datos de la temperatura seleccionada, por lo general están disponibles a 25 ° C. B. A veces todas las especies necesarias no están disponibles en la base de datos de HSC. Estas especies no disponibles se puede añadir a la especificación del sistema químico si el usuario tiene la DG de valores o datos del potencial químico de estas especies. se pueden añadir nuevas especies mediante la selección de una fila y la inserción de la fórmula y la DG de valores a esta fila. La nueva especie puede ser insertada en cualquier lugar, pero es recomendable añadir el mismo tipo de especies de forma secuencial, porque la lista es más fácil de leer y actualizar. Nota: A) No introduzca ningún elemento nuevo, nuevos elementos se añaden en la ventana de selección de elementos E pH, la figura. 1. B) No crear filas vacías. C. En algunos casos es necesario eliminar ciertas especies del sistema, por ejemplo, si algunas de las barreras cinéticas que frenan la velocidad de reacción en los experimentos. Estas especies pueden ser eliminados por la selección Eliminar fila

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Los labels y las hojas de líneas son de uso interno en los programas y no es necesario hacer alguna modificación a estas hojas. La hoja de labels contiene datos de formatos, tales como;, el número de área de texto, coordenadas, nombre de la fuente y las propiedades, y los labels de la visibilidad y la orientación. La hoja contiene las líneas de datos de las líneas de equilibrio del diagrama: Nombres de las especies, los números de área de la línea, las coordenadas de punto final de línea, y las propiedades de la línea 3. Temperatura Los diagramas de Pourbaix se extraen a una temperatura constante. El usuario debe seleccionar una temperatura para el diagrama de la lista de las temperaturas, fig. 2. Los valores de temperatura real sólo se puede cambiar la forma de especificación del sistema, fig. 1. No temperatura El valor predeterminado DG en la hoja de especies en las columnas 2 a 5 se calculan a la temperatura dada. Los valores DG en la columna 2 se calculan utilizando una primera temperatura, la columna 2, utilizando la segunda temperatura, etc. 4. Otros parámetros Los valores predeterminados de la constante dieléctrica y la DG del H2O se calculan automáticamente sobre la base de la temperatura seleccionada y la presión. El cálculo de la constante dieléctrica se basa en valores15 experimentales y la presión16 de vapor de agua, que son válidas desde 0 hasta 373 ° C, y 1 a 5000 bar. Fuera de este rango de la constante dieléctrica se efectuará una extrapolación. La fuerza de iones y constantes de factor de corrección son calculados automáticamente por el programa y por lo general no necesitan ser modificados por el usuario. 5. Rangos de la escala potencial y pH El usuario puede cambiar el intervalo predeterminado (Max Eh y Min Eh) para la escala de potencial, así como la escala en el rango de pH(máximo pH y mínimo pH). Los ajustes de escala también se puede cambiar haciendo clic en el X o del eje Y sobre la forma de diagrama. La diferencia mínima entre los valores mínimo y máximo es de 0,2 y no hay límite superior para la diferencia. 6. Molalidad y la presión Los diagramas se calculan utilizando molalidades constante (concentraciones) para todos los elementos. Los valores por defecto pueden ser cambiados en la tabla en la esquina inferior derecha del menú del diagrama, ver figura. 2. Molalidad valores se dan en mol / kg de unidades de H2O. La presión total del sistema se da también en la tabla de molalidad. El módulo de EPH utiliza valor máximo dado en la columna de presión como el sistema químico de presión total. No es posible seleccionar un valor de presión más pequeña que la presión de vapor de agua a la temperatura seleccionada. En otras palabras, la presión total debe ser siempre más grande que la presión de vapor de agua a la temperatura seleccionada. El valor predeterminado de la presión de 1 bar.

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7. Mostrando las áreas de predominio de iones El "mostrar áreas de predominio de iones" la selección hace que el módulo EpH para calcular dos diagramas para el mismo sistema. El primero es un diagrama Eh pH normal con todas las especies, y la segunda es el diagrama de predominio de especies con sólo acuosa. Ambos diagramas son arrastrados a la misma figura, el primer diagrama en negro y la segunda en azul. Esta opción se recomienda para su uso sólo con diagramas Eh pH normales (véase el capítulo 17.4) 8. Diagrama y combinar botones El inicia de los cálculos para el diagrama se muestran automáticamente el diagrama de Pourbaix normal. La opción Combine mostrará un menú con más especificaciones para el diagrama en conjunto, véase el capítulo 17.5 para más detalles. 9. Otras opciones La hoja de cálculo activa puede ser impresa utilizando la opción de archivos de impresión. Usted puede hacer cambios en la configuración utilizando Configurar página de impresión, y los cuadros de diálogo de vista previa en el menú Archivo. La opción Edición Copiar del programa proporciona el copiado y pegado de las operaciones, la opción Editar copia todos los ejemplares de las tres hojas en el portapapeles. El diseño de hoja de cálculo puede ser cambiado por el menú Formato, que contiene los cuadros de diálogo para el ancho de columna, altura de la fila, la fuente, la alineación y formatos de número. Pulse Salir o Salir seleccione Archivo si desea volver a la forma de especificaciones del sistema, la figura. 1. El menú Ayuda se abre el diálogo de Ayuda de HSC. 10. Ejemplo de Diagramas normal de Pourbaix (Cu-S-H2O-System) Aceptar todos los valores por defecto y pulsar Diagrama. Continúe en el capítulo 17.4

17.4 Diagrama normal Eh-pH El cálculo del diagrama Eh pH se muestra en la figura. 3. En la ventana del diagrama es posible, por ejemplo, modificar el diseño y el formato del diagrama. Las líneas de color negro sólido, muestran las áreas de la estabilidad de las especies más estables en el pH y la escala Eh. Las líneas de puntos muestran la parte superior y las zonas menos estables de agua, véase el capítulo 17.1. Las zonas de estabilidad de los iones se muestran con líneas de puntos azules, si el "mostrar áreas Predominio de iones" opción ha sido seleccionada, véase la figura. 2.

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1. Principales elementos los diagramas Eh-pH sólo muestran las especies, que contienen el elemento principal seleccionado. Por defecto el elemento principal (Cu) debe ser seleccionado en el formulario de especificaciones del sistema, la figura. 1. Sin embargo, el elemento principal activo se puede cambiar fácilmente la forma del diagrama pulsando botones de los elementos en la parte superior derecha del diagrama, ver fig. 3 para el Cu-S-H2O y el diagrama de la figura. 4 para el S-CuH2O. Por lo general, es útil para comprobar todos los diagramas con los diferentes elementos principales para tener una mejor idea de los equilibrios. 2. Labels y Líneas El módulo EpH localiza el área de labels de forma automática en la parte más ancha de las zonas de estabilidad. Usted puede fácilmente trasladar los labels, arrastrando con el cursor del ratón si es necesario. El texto de las etiquetas y las partidas pueden ser modificados por insertar el cursor en la ubicación correcta dentro de la fila de texto y luego empezar a escribir. Puede iniciar el cuadro de diálogo haciendo doble clic en labels o en la selección del formato de labels. Este cuadro de diálogo permite cambiar el texto y las líneas de propiedades, como fuente, el tipo, tamaño, ancho de línea, color, etc. Puede insertar nuevos lables usando la selección Insertar labels. Puede eliminar los labels utilizando la opción eliminar labels. Tenga en cuenta que no puede eliminar los labels por defecto, pero puede ocultar estas etiquetas mediante la eliminación de todo el texto del labels.

Fig. 3. Diagrama Eh-pH de Cu-S-H2O-sistema a 25 ° C, usando Cu como el elemento principal. las molalidades de Cu y S son 1 mol / kg H2O

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Fig. 4.Diagrama Eh-pH de S-Cu-H2O-sistema a 25 ° C, usando S como el elemento principal. Las molalidades de Cu y S son 1 mol / kg H2O. La forma de las líneas de estabilidad de H2O se abre en la opción abrir el formato del cuadro de diálogo, que permite modificar los formatos de las líneas de estabilidad de agua y sus propiedades. Este diálogo no se puede abrir haciendo doble clic en las líneas de estabilidad del agua. 3. Escalas

Fig. 5. Menú para el formato de eje Y, tenga en cuenta las distintas opciones de escala para los potenciales

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La escala de formato se puede abrir haciendo doble clic en el número de ejes, ver fig. 3, o por la opción de formato de escala, ver fig. 5. Una característica especial del diagrama EhpH es la opción de unidad de escala. Puede seleccionar entre las escalas del hidrógeno, saturado de calomel y Ag / AgCl . La escala por defecto es el hidrógeno, que se utiliza en los cálculos. La diferencia entre los valores mínimo y máximo debe ser de al menos 0,2 unidades.

Fig. 6. Diagrama EpH- cuadro de diálogo de Impresión . Usted puede abrir el cuadro de diálogo de Impresión presionando Print BW o Print Col o seleccionando Archivo Print Special, ver fig. 3. Este cuadro de diálogo permite al usuario seleccionar los márgenes y el tamaño del diagrama, así como la orientación, véase la figura. 6. Si usted tiene una impresora a color se puede seleccionar la opción Color. Se imprimirá una copia del diagrama. 5. Otras opciones El valor predeterminado del diagrama se puede abrir pulsando Font o con la selección de Format Default Font en el menú. Este diálogo permite al usuario establecer la fuente predeterminada, que se guarda en el archivo HSC.INI. la opción Copiar así como editar copiar copiará el diagrama en el Portapapeles de Windows, que permite pegar el diagrama en otras aplicaciones de Windows en formato Windows Metafile. La opción Edit Copy All copia también la molalidad y

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valores de la presión en el diagrama. Edit Copy Special copia los diagramas a escala. La opción save o file save se guarda el diagrama Eh-pH en el formato Windows Metafile (*. wmf). El menú o la opción File Exit de salida reactivará la forma del diagrama de menús, vea la figura. 3. La opción de Ayuda se abrirá el cuadro de diálogo de Ayuda del HSC. 6. Ejemplo: Cu-S-H2O-System los diagramas Cu-S-y S-Cu-H2O se muestran en las figuras. 3 y 4. Estos diagramas pueden dar una gran cantidad de información valiosa. Por ejemplo, el comportamiento de disolución de cobre puede ser fácilmente estimado a partir de la figura. 3. Es fácil ver el punto neutro de cobre metálico y soluciones corrosivas, cercano a cero los valores de potencial son estándar. Servirá de óxidos en las condiciones de ánodo (Eh> 0) y los sulfuros en las condiciones de cátodo (Eh 0) y precipitado en un cátodo (Eh 0.

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B)

C (Fe) + H2O (vapor) = H2 + CO (g)

Decarburización de aceros con vapor de agua.

Se escribió: C + H2O(g) = H2(g) + CO(g)

Luego clic en “Calculate”. No da los siguientes resultados:

COMENTARIO: La degradación de los aceros por vapor de agua empieza aproximadamente a los 720 ºC en que ∆G < 0 a menores temperaturas no procede termodinámicamente.

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C)

C (Fe) + H2O (vapor) = H2 + CO (g) Se escribió: Fe + H2O(g) = FeO + H2(g)

Luego clic en “Calculate”. No da los siguientes resultados:

COMENTARIO: El acero con vapor de agua en contacto a cualquier temperatura se OXIDA superficialmente.

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D)

C + CO2 (g) = 2CO Se escribió: C + CO2(g) = 2CO(g)

Luego clic en “Calculate”. No da los siguientes resultados:

COMENTARIO: La descomposición del CO en CO2 y C ocurre entre temperatura ambiente y 720ºC luego de lo cual la reacción se torna REVERSIBLE.

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E)

Fe + CO2 (g) = FeO + CO (g) Se escribió: Fe + CO2 (g) = FeO + CO (g)

Luego clic en “Calculate”. No da los siguientes resultados:

COMENTARIO: El acero en contacto con CO2 solo degradan superficialmente a los 620ºC en que ∆G < 0.

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F) OXIDACIONES DIRECTAS: a.

2Fe + O2 (g) = 2FeO

Se escribió la fórmula: 2Fe + O2(g) = 2FeO

Luego clic en “Calculate”. No da los siguientes resultados:

COMENTARIO: Un acero en contacto con O2, se oxida desde temperatura ambiente hasta altas temperaturas, pues ∆G < 0.

202

b.

2Cu + 1/2O2 (g) = Cu2O

Se escribió la fórmula: 2Cu + ½ O2 (g) = Cu2O

Luego clic en “Calculate”. No da los siguientes resultados:

COMENTARIO: El cobre oxida en contacto con O2 a toda Temperatura dando Cu2O.

203

2Cu + O2 (g) = 2CuO c. Se escribió la fórmula: 2Cu + O2 (g) = 2CuO

Luego clic en “Calculate”. No da los siguientes resultados:

COMENTARIO: El cobre en contacto con O2 puede oxidarse a cualquier temperatura dando CuO.

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G) FORMACIÓN DE CASCARILLAS SULFURADAS:

a.

2Fe + S2 (g) = 2FeS

Se escribió la fórmula: 2Fe + S2(g) = 2FeS

Luego clic en “Calculate”. No da los siguientes resultados:

COMENTARIO: Un acero en contacto con azufre gaseoso se degrada a Sulfuro de Fierro, pues el ∆G