Guia Teorica De Fisicoquimica

PRACTICA 1

BALANCE DE MATERIA-CONSERVACIÓN DE LA MASA

El diseño de un nuevo proceso o el análisis de uno ya conocido no se completa hasta que se establece que las entradas y las salidas de todo el proceso y de cada unidad individual satisfacen las ecuaciones de balance aplicadas a cada sustancia del proceso. La ley de conservación de la materia establece que la materia no se crea ni se destruye, sólo se transforma. Los procesos químicos pueden clasificarse en intermitentes (batch), continuos o semiintermitentes (semibatch) y como estacionarios (en régimen permanente) o transitorios. Antes de escribir un balance de materia sobre un proceso, debes saber en cuál de estas categorías se clasifica:

1. Proceso intermitente: La alimentación se introduce al sistema al principio del proceso y todos los productos se extraen juntos tiempo después. No existe transferencia de masa en las fronteras del sistema entre el tiempo en que se realiza la alimentación y el tiempo en que se extrae el producto. Ejemplo: Se añaden rápidamente reactivos a un tanque y tiempo después cuando el sistema ha alcanzado el equilibrio, se retiran los productos y los reactivos no consumidos.

2. Procesos Continuos: Las entradas y salidas fluyen continuamente durante el proceso. Ejemplo: Se bombea una mezcla de líquidos en una columna de destilación a una velocidad constante y se extraen continuamente flujos de vapor y de líquido de la parte superior e inferior de la columna.

3. Procesos semi-intermitentes: también conocidos como procesos semicontinuos. Cualquier proceso que no es intermitente ni continuo. Ejemplos: Se permite que el contenido de un recipiente de gas presurizado escape a la atmósfera; se mezclan varios líquidos lentamente en un tanque del que no se extrae nada.

Un balance sobre una sustancia en un sistema (una sola unidad del proceso, una colección de unidades o bien un proceso completo) puede escribirse de la siguiente forma general:

Entrada + Producción – Salida – Consumo = Acumulación

• En un proceso intermitente, el balance queda de la siguiente forma:

Entrada inicial + Producción = Salida Final + Consumo

• En un proceso continuo, el balance queda de la siguiente forma:

Entrada + Producción = Salida + Consumo

Perfil de un procedimiento para cálculos de balance de materia

En el siguiente perfil se resumen las técnicas presentadas en las secciones anteriores y las diferentes sugerencias de procedimientos adicionales. Tomando en cuenta la descripción de un proceso, los valores de las diferentes variables del proceso y una lista de las cantidades por determinar:

1) Dibuja un diagrama de flujo y complétalo con todos los valores conocidos de las variables.

2) Escoge como base del cálculo una cantidad o una velocidad de flujo de uno de los flujos del proceso. Si esta cantidad es conocida, generalmente es conveniente usarla como base del cálculo; todas las cantidades calculadas posteriormente estarán en la escala correcta. Si se conocen varias cantidades o velocidades de flujo, utilízalas siempre como base. Si no se especifica ninguna cantidad o velocidad de flujo, debes suponer una cantidad de un flujo con una composición conocida y escribirla en el diagrama de flujo.

3) Etiqueta las incógnitas en el diagrama de flujo, particularmente las velocidades de flujo másico o molar o las fracciones molares de los componentes del flujo. Trata de incorporar las relaciones que se establecen entre las incógnitas en las etiquetas.

4) Realiza la contabilidad del problema. Cuenta las incógnitas y las relaciones entre ellas. Si estos números son iguales, realiza el perfil de la solución del problema.

5) Convierte los volúmenes conocidos de los flujos o las velocidades de flujo volumétrico conocidas, en cantidades másicas o molares, utilizando las densidades tabuladas o las leyes de los gases.

6) Si los datos para un flujo se proporcionan en unidades de masa o molares, convierte todas las cantidades en una u otra base usando diferentes métodos.

7) Si alguna parte de la información que se proporciona en el enunciado del problema no ha sido utilizada al etiquetar el diagrama de flujo, tradúcela a ecuaciones en las variables definidas en el paso 3.

8) Escribe las ecuaciones de balance de materia. Si no ocurren reacciones químicas y hay N especies presentes, puedes escribir a lo sumo N balances, ya sea para cada especie o bien para la masa o moles totales, y para todas las especies menos una. Para ello debes tener el mismo número de ecuaciones que de incógnitas.

9) Resuelve las ecuaciones desarrolladas en los pasos 7 y 8 para las incógnitas a determinar.

PRACTICA 2

LEY CERO DE LA TERMODINÁMICA

Aunque la temperatura es una propiedad común, es difícil dar una definición exacta de ella. Ante todo se tiene presente a la temperatura como una sensación de calor o frío cuando se toca u objeto. También se aprende que cuando un cuerpo caliente y uno frío se ponen en contacto, el cuerpo caliente se enfría y el cuerpo frío de calienta. Si estos cuerpos permanecen en contacto por cierto tiempo, casi siempre parecen estar igualmente calientes o fríos. Sin embargo, también se cae en la cuenta de que la sensación que uno tiene de lo caliente o lo frío es muy poco confiable. Algunas veces los cuerpos muy fríos pueden parecer calientes y los cuerpos de distintos materiales que se encuentran a la misma temperatura parecen estar a diferentes temperaturas.

Debido a esas dificultades al definir la temperatura, se define la igualdad de temperatura. Considérense dos bloques de cobre, uno caliente y el otro frío, cada uno de los cuales está en contacto con un termómetro de vidrio que contiene mercurio. Si se establece una comunicación térmica entre los dos bloques, se observa que la resistencia eléctrica del bloque caliente disminuye con el tiempo y la del bloque frío aumenta con el tiempo. Sin embargo, después de transcurrir cierto tiempo no se observan cambios en la resistencia. De modo semejante, cuando los bloques entran en comunicación térmica por primera vez, se observa que la longitud de uno de los

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