En retrospectiva Resolución de balances de materia y de energía simultáneos

En esta sección describimos la forma de determinar el número de grados de libertad que intervienen en un proceso, e decir, el número de valores adicionales de variables que es preciso especificar para poder obtener la solución de un problema.

Qué clases de restricciones (ecuaciones) intervienen en el análisis de los grados de libertad? (V)

No contamos aquí con espacio para ilustrar otras combinaciones de unidades simples para formar unidades más complejas, pero Kwauk ha preparado varias tablas excelentes que resumen las variables y los grados de libertad para columnas de destilación, absorbedores, intercambiadores de calor y similares. Lea también las referencias citadas al final del capítulo.

Solución Grados de libertad en un sistema compuesto por varias unidades

Mezclador:

Ejemplo Grados de libertad en un sistema compuesto por varias unidades

Se produce amoniaco por reacción de N2 y H2:

N2 +  3H2 → 2NH3

La figura E6.5a muestra un diagrama de flujo simplificado. Toda las unidades excepto el separador y las tuberías son adiabáticas. El amoniaco líquido producido está prácticamente libre de N2, H2 y A. Suponga que el gas de purgado está libre de NH3. Considere que el proceso está formado por cuatro unidades individuales para un análisis de grados de libertad, y luego quite la variables redundantes y agregue las restricciones redundantes a fin de obtener lo grados de libertad del proceso global. La fracción de conversión en el reactor e del 25%.

Qué clases de restricciones (ecuaciones) intervienen en el análisis de los grados de libertad? (IV)

Podemos calcular los grados de libertad para combinaciones de procesos simples similares o distintos mediante una combinación apropiada de sus grados de libertad individuales. Al sumar los grados de libertad de las unidades, es necesario eliminar cualquier conteo doble ya sea de variables o de restricciones, y tomar en cuenta debidamente las corrientes interconectadas cuyas características a menudo se fijan únicamente por deducción.

Examine el mezclador-separador de la figura 6.3. Para el mezclador considerado como una unidad independiente, el ejemplo 6.1b, Nd = 2Nsp + 6. Para el separador, una unidad en equilibrio:

Figura Grados de libertad en unidades combinadas

Solución grados de libertad para el caso de múltiples reacciones

La figura E6.4 muestra el proceso; se supone que todas las corrientes son gases. Sólo dos de las reacciones son independientes. Q es una variable. Por sencillez suponemos que todas las corrientes que entran y que salen están a la misma temperatura y presión.