Conceptos Principales Resolución de problemas de balance de materia en los que no intervienen reacciones químicas

Ilustremos varios procesos distintos y demostraremos que todos pueden tratarse de manera idéntica en su análisis. El suplemento de este blog contiene problemas resueltos adicionales.

Temas por Tratar Resolución de problemas de balance de materia en los que no intervienen reacciones químicas

En esta sección presentaremos varios ejemplos detallados que implican la preparación y resolución de balances de materia para un solo sistema. Los sistemas múltiples interrelacionados se tratarán en la sección 3.5. Si desea adquirir habilidades y criterio en la resolución de problemas de balances de materia, la forma e estudiar esta sección se la siguiente: tape la solución del problema y lea el enunciado; luego bosqueje en una hoja de papel su solución paso por paso, y sólo entonces examine la solución que se incluye en el libro. Si se limita a leer el problema y la solución, carecerá de la actividad de aprendizaje necesaria para adquirir confianza en su capacidad.

Resolución de problemas de balance de materia en los que no intervienen reacciones químicas

Sus objetivos al estudiar esta sección serán ser capaz de:

1. Escribir un conjunto de ecuaciones independientes de balance de materia para un proceso.
2. Resolver un conjunto de ecuaciones lineales, o resolver una de dos ecuaciones no lineales simultáneas.
3. Aplicar la estrategia de 10 pasos para resolver problemas sin reacciones químicas.

Ideas Clave resolución de problemas

1. Siga la misma estrategia para resolver todos los problemas de balance de materia.
2. En la tabla 3.1 se bosqueja una estrategia comprobada que el lector debe seguir.
3. Al formular los balances de materia líneales para resolver un problema, es necesario tener el mismo número de ecuaciones independientes que de variables incógnitas para poder obtener  una solución única.
4. El número de ecuaciones lineales independientes es igual al rango e la matriz de coeficientes de las ecuaciones.

En retrospectiva resolución de problemas

En esta sección presentamos una estrategia de resolución de problemas que se aplica a todo tipo de problemas de balance de materia. También indicamos que el objetivo principal se escribir un conjunto de ecuaciones independientes iguales en número al número de variables cuyos valores se desconocen.

Solución a Determinar el número de grados de Libertad (II)

Solución al problema del anterior post.
Lo que se nos pide es obtener es el número de grados de libertad para el problema de la figura E3. 4a. Es preciso tener en cuenta que en cualquier flujo es posible determinar uno de los valores de composición obteniendo la diferencia respecto al 100%. Recuerda usted por qué?. He aquí la cuenta el número mínimo de variables cuyos valores no se conocen.

Como ejemplo de esta cuenta, en el flujo A la especificación de A más una composición permite calcular la otra composición y por tanto el flujo másico tanto el H2SO4 como del H2O. Revise usted mismo la cuenta de los otros flujos. Son correctos los valores? En total, sólo es posible escribir tres ecuaciones de balance de materia independientes (recuerda usted por qué?), lo que deja 9-3 = 6 composiciones que hace fata especificar.

Basta con especificar los valores de 6 variables cualesquiera de la figura E3.3a además de D? No. Sólo es preciso especificar los valores que permitan establecer un número de balances de materia independientes igual al número de variables desconocidas. Como ejemplo de conjunto de mediciones satisfactorio, escoja una composición del flujo A, dos del B, uno del C y dos del D, dejando los flujos A, B y C como incógnitas.

Qué opina usted de la especificación del siguiente conjunto de mediciones: A, B, C, dos composiciones de D y una composición de B? Dibuje un diagrama de la información, como en la figura E3.4b (. = cantidad conocida). Escriba las tres ecuaciones de balance de materia. Son independientes? Se dará cuenta de que no son independientes. Recuerde que la suma de las fracciones de masa de cada flujo es la unidad.

Ejemplo Determinar el número de grados de Libertad (I)

Examine la figura E3.4a, que representa un diagrama de flujo sencillo para una sola unidad. Sólo se conoce el valor de D. Cuántas mediciones más es preciso realizar, como mínimo, para determinar todos los demás valores de flujos y composiciones?