Balance de Materia y Energía en Procesos Químicos
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¿Qué es la Acumulación?
- La acumulación se refiere al cambio de masa o moles (positivo o negativo) dentro de un sistema a lo largo del tiempo.
- La transferencia a través de las fronteras del sistema se refiere a las entradas y salidas del sistema.
Procesos de Recirculación, Derivación y Purga
La recirculación ocurre cuando un producto de una unidad se devuelve a una unidad anterior.
La derivación (o bypass) ocurre cuando una fracción de la alimentación a una unidad del proceso se desvía y se combina con el flujo de salida de la misma unidad o de una unidad posterior.
La purga ocurre cuando una fracción de la recirculación se extrae del proceso para eliminar la acumulación de materiales inertes o indeseados.
Ejemplo: Destilación Continua
Un fabricante de alcohol experimenta problemas con una columna de destilación, perdiendo demasiado alcohol en las colas (desperdicio). Se requiere calcular la composición de las colas y la masa de alcohol perdida.
Grados de Libertad en Balance de Materia
Los grados de libertad (GL) indican si un problema de balance de materia puede resolverse y cómo hacerlo. Para una solución única, el valor de GL debe ser 0. Si GL es diferente de 0, se necesitan más datos.
- GL = 0: Sistema completamente definido con una solución única. El número de variables desconocidas es igual al número de ecuaciones independientes disponibles.
- GL > 0: Sistema infraespecificado con infinitas soluciones.
- GL < 0: Sistema sobreespecificado sin solución.
Balance de Energía de un Sistema
El balance de energía es la expresión matemática de la ley de conservación de la energía.
La ley de conservación de la energía establece que la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma. El primer principio de la termodinámica lo expresa como: ΔU = Q - W