Fundamentos Teoricos

INDICE

INTRODUCCION ------------------------------------------------- 2-3

OBJETIVOS --------------------------------------------- 4

MARCO TEORICO --------------------------------- 5-7

BALANCE DE MATERIA Y ENERGÍA: ----------------------- 10-11

VARIABLES DE OPERACIÓN ----------------------- 11

VARIABLES INDEPENDIENTES ------------------------ 11-12

BALANCE POR COMPONENTEAGUA:----------------------- 12

FLUJO DE FLUIDOS ---------------------------------------------- 13

MEDIDORES DE FLUJO------------------------------------------- 13

OBJETIVOS------------------------------------------------------------- 13

INTRODUCCIÓN------------------------------------------------------ 13

FUNDAMENTOS TEORICOS ----------------------------------- 13-18

COSTOS DE PRODUCCION -------------------------------------- 19-32

PROBLEMAS ------------------------------------------------------------ 32-36

CONCLUSIÓN------------------------------------------------------------ 37

BIBLIOGRAFÍA----------------------------------------------------------- 38

INTRODUCCION

Una de las tareas en las que utiliza más tiempo el ingeniero consiste en la acumulación de datos de las propiedades físicas, que son necesarias para estimar la velocidad de los procesos de transportes de cantidad de movimiento, transmisión de calor, transferencia de materia, cinética de las reacciones químicas, así como equilibrios físicos y químicos.

Dentro de las industrias de procesos, los balances de materia y energía son importantes auxiliares en el diseño, control, optimización y evaluación económica de los procesos propuestos y existentes, así como de decisiones sobre las operaciones que se presentan a diario, por lo que tienen repercusión directa en la producción y en la situación financiera de las compañías; en consecuencia que el profesional técnico desarrolle los conocimientos, habilidades y actitudes que le permitan realizar el cálculo de balances de materia y energía con la exactitud requerida.

Los sistemas industriales se representan a través de un diagrama de flujo, él que corresponde a un conjunto de operaciones unitarias interconectadas a través de un circuito de corrientes de materia y energía, de acuerdo a una estructura y organización definida. Un proceso industrial corresponde a la transformación ó modificación de las propiedades de una corriente en un producto comercial ó corriente efluente de interés.

La estrategia de diseño de procesos consiste en: a) obtener la información delas características del producto de interés, b) elegir y seleccionar los recursos, insumos, materias primas, materiales y suministros energéticos junto con las tecnologías de procesamiento, c) integrar toda esta información en un diagrama de flujos que especifique los equipos, interconexiones y corrientes de entrada y salida del proceso productivo.

También se deben especificar las condiciones de operación y los valores de flujo y composición de las principales corrientes del proceso.

Los balances de materia y de energía se basan en las leyes de la conservación de la masa y la energía. Estas leyes indican que la masa y energía son constantes y que por lo tanto la masa y la energía entrante a un proceso , deben ser iguales a la masa y energía salientes a menos que se produzca una acumulación dentro del proceso

OBJETIVOS

1.1.-OBJETIVOS GENERALES

Calcular los balances de materia y energía de procesos industriales mediante fórmulas para su diseño, control y optimización.

1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Definir y realizar en grupo un proyecto de diseño de un proceso industrial. Integrar los conocimientos aprendidos en el curso.

•Aprender y utilizar métodos de integración de materia y energía, y elaboración de diagramas de flujos para la síntesis de productos y tratamiento de efluentes de la industria de procesos.

2. MARCO TEORICO

2.1. Fundamentos teóricos Balance de materia

Un balance de materia no es otra cosa que un conteo del flujo y cambio de masa en el inventario de materiales de un sistema. La ecuación que se muestra a continuación describe con palabras el principio del balance de materia aplicable a procesos con reacción química y sin ella.

Balance de energía

Los científicos no comenzaron a escribir balances de energía de sistemas físicos hasta la segunda mitad del siglo XIX. Antes de 1850 no estaban seguros de lo que era la energía o aun si era importante. Pero en la década de 1850 los conceptos de energía y balance de energía se formularon con claridad.

En la actualidad consideramos que el balance de energía es en fundamento un principio básico por lo que inventamos nuevas clases de energía para asegurar que la ecuación en verdad realice el balance. La ecuación siguiente, es una generalización de los resultados de numerosos experimentos sobre casos especiales relativamente simples. Las ecuaciones universalmente válidas ya que no se puede encontrar excepciones para ella en la práctica, teniendo en cuenta la precisión de las mediciones.

Es necesario recordar dos puntos importantes. Primero solo examinemos sistemas que son homogéneos, sin carga y sin efectos superficiales, con objeto de hacer el balance de energía lo más sencillo posible. Segundo, el balance de energía se desarrolla y aplica desde el punto de vista macroscópico (global alrededor del sistema) más que desde un punto de vista microscópico o sea, un volumen elemental en el sistema)

La aplicación de los BM no es conceptualmente complicada, y sus fundamentos teóricos pueden consultarse con detalle en textos como los que se incluyen en la sección de búsqueda de información[Balances de Materia y Energía], junto con numerosos ejemplos de aplicación a diferentes operaciones y procesos. A continuación se repasan las ideas básicas para el planteamiento de los BM, y se indican posibles estrategias para su utilización en el PFC.

Los BM se basan en la ley de conservación de la materia, la cual, rigurosamente hablando, hay que aplicarla al conjunto materia-energía, y no a la materia o energía por separado. Sin embargo, en las condiciones que se dan en los procesos industriales objeto de los PFC en la UGR, al no abordarse el caso de los reactores nucleares, no existe transformación de materia en energía o viceversa, con lo que la forma general del balance de materia TOTAL a un sistema, será:

La forma del balance a cada uno de los componentes será la misma, excepto cuando existe reacción química, ya que en ese caso habrá que considerar la aparición o desaparición de los componentes individuales por efecto de la reacción (sin embargo la masa total del sistema nunca variará). Por ello el BM al componente ‘i’ tendrá la forma:

Una situación muy frecuente es que el proceso sea continuo, con lo cual el término de acumulación será 0.

Tal y como se ha indicado los BM se pueden aplicar a una unidad de proceso (un equipo), como a todo el proceso completo. Para una unidad o equipo, podrán plantearse tantos BM independientes como componentes intervienen en el mismo, y a un proceso completo se le podrán plantear un número de BM independientes igual a la suma de los de todas las unidades del mismo, entendiendo como unidades de un proceso los equipos u operaciones que lo integran. Además, en algunos casos existen relaciones impuestas entre las distintas corrientes que nos pueden servir como ecuaciones adicionales a los BM

Planteamiento de los BM en el PFC

El primer paso para plantear los BM a un proceso determinado, consiste en, sobre el diagrama de bloques del mismo, plasmar toda la información de la que se disponga, que básicamente será:

1. Caudales de las corrientes

2. Composición de las corrientes

3. Otras relaciones o restricciones conocidas

Aunque es aconsejable analizar si el sistema está o no determinado, y el número de grados de libertad, en caso de que no lo esté, siempre se conocerá la cantidad por hora de producto final a fabricar, ya que este dato viene dado por la capacidad de producción que ha debido quedar establecida en el Estudio de Mercado. A partir de dicho dato se pueden emplear varias estrategias para plantear los balances, aunque no siempre serán todas posibles, o incluso lo será sólo una (en general no suele ser posible hacer todos los balances secuencialemente):

1. Resolver el balance al proceso global, y con los datos obtenidos plantear el balance a la primera unidad, e ir resolviendo secuencialmente, cuando sea posible.

2. Tomar como base de cálculo (variable de diseño) el caudal de materia prima (si hay varias se escogería la principal o una de ella), y resolver secuencialmente el proceso hacia delante, empezando por la primera unidad, aunque luego habría que cambiar la escala para que la capacidad de producción sea la deseada.

3. Comenzar a plantear y resolver los balances secuencialmente y hacia atrás, empezando por la última de las unidades de proceso, si fuera posible.

En general el planteamiento y la resolución de los BM exige “manipular” y trabajar con la información disponible, ensayando distintas estrategias, hasta llegar a una solución aceptable y físicamente coherente, pues en ningún caso podrá salir del sistema más materia de la que entra o viceversa.

Balances de Energía (BE)

Los BE son normalmente algo más complejos que los de materia, debido

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