Filminas - BALANCES PARA SISTEMAS COMPLEJOS II.pdf

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BALANCESPARASISTEMASCOMPLEJOS

ESQUEMADECALCULO

Lossistemas

complejos

son

mucho

mas

complicados

de

abordar

que

los

sistemas

simplesolospequeosgruposdeequipos,comosehanvistohastaahora.

Aparecen una serie de equipos o grupos de ellos donde en cada uno se deben

plantearlosbalancesdemateriay/oenergayaconocidos.

LAS RELACIONES QUE APARECERAN NO DIFIEREN DE LAS QUE OBTUVIMOS AL

ESTUDIARCASOSAISLADOS.

Fundamentalmente se debe extremar el cuidado en el planteo de ecuaciones,

especificacindecorrientes,caudales,temperaturasypresionesconocidosybsqueda

de informacincomplementariacomopropiedadestermofsicas,constantescinticasy

deequilibrio,entalpasdereaccinydecambiode fase,coeficientesdetransferencia,

etc.


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LAETAPACLAVEPARALAREALIZACIONDEBALANCESDEESTETIPOESUNACORRECTA

ORGANIZACINde:

1Datosdisponibles

2Incgnitas

3Clculos

4Pensamiento

5Solucin

Veremosconalgndetallecadatem

1ORGANIZACINDELOSDATOSDISPONIBLES

Estospuedenserincompletos,excesivos,inadecuadosy/oincorrectos.

Paraorganizarlossedebe:

Elegirunabasedeclculoadecuada.


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Dibujar un diagrama de flujo del sistema donde figuren todas las corrientes de

entradaydesalida.

Tambindebende figurar todas las temperaturasypresionesconocidasydatosde

equiposauxiliarescomointercambiadores(enfriadores,calentadores,condensadores,

evaporadores),

controles,

etc.

Convertirtodoslosdatosaunsistemadeunidadesadecuado.

Tabulartodalainformacinposible.

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ORGANIZACINDELASINCOGNITAS

Una vez que se ha decidido lo que hay que calcular se procede a una organizacin

sistemticadelosclculos:

Eligiendo los smbolos o nomenclatura adecuados para designar a las magnitudes

(conocidasono).

Recogiendotodainformacinadicionalqueseaprecisa.


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3ORGANIZACINDELOSCALCULOS

NosepuederealizarundiseosatisfactorioniserunbuenIngenierodeProcesossino

se puede operar con soltura, lgica, exactitud y sistemtica. Hay que organizar los

clculosdeformaqueunomismouotropuedanseguirlosconfacilidadysinposibilidad

demalasinterpretacionesypoderverificar(reproducir)losresultadosobtenidos.

Elegirunabasedeclculo:Generalmenteserunpesoovolumenespecificadoen

unacorrientedeproceso.Enlossistemasdeflujoserciertoperododetiempo.

Establecer

las

magnitudes

de

todas

las

corrientes

conocidas

ydesconocidas

en

funcindeesabasedeclculo.

Plantearlosbalancesparcialesdeenergaenfuncindeella.

Establecertodaslasposiblesrelacionesindependientesentrelasvariables.


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4ORGANIZACINDELPENSAMIENTO

Para realizar un trabajomental con elmnimo esfuerzo es necesario organizarse y

seguirlneasdepensamientoadecuadas.

Alabordar

un

nuevo

problema

generalmente

se

puede

alcanzar

mas

fcilmente

una

solucinsatisfactoriasiselogra:

Catalogaralmismodentrodeuntipodeterminado.

Relacionarconunproblemapreviamenteestudiado.

Resolverparcialmente.

Replanteardeotraforma.


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5ORGANIZACINDELASOLUCION

La solucin de todo sistema complejo se puede ydebe verificar. Para ello es posible

recurriralossiguientesprocedimientos:

Resolver

el

problema

por

otro

mtodo

ocon

otra

base

de

clculo

ycomparar

los

resultados.

Calcularlosvaloresdetodaslasincgnitas(anlasnoimprescindibles)ycomprobar

losresultados.

Determinarelordendemagnituddeloserrores.

Comprobar todas lasnuevasecuacioneso relacionesque se generen yaplicarlas

pararesolverotroscasoscuyasolucinseconozca.


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EJEMPLODEUNSISTEMARELATIVAMENTECOMPLEJO


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CORRIENTE/CARACTERISTICAS Cpdelquido

BT/(lbF)

Hv

BTU/lb

Cpdevapor

BT/(lbF)

Temperaturade

Condensacin(F)

Cargadeaceite 0.53 100 0.45 480

DestiladoDI 0.59 111 0.51 250

ResiduoR 0.51

92

0.48

500

DestiladoDII 0.63 118 0.58 150

ResiduoN 0.58 107 0.53 260

RELACIONESDEREFLUJO Torre1: 3/1 Torre2: 2/1

INTERESACONOCER:

1Balancestotalesdemateriayenerga

2Balancesparcialesparacadaunidad


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3Cantidaddecalorquedebesuministrarelhorno

4Cantidadadicionaldecalorquesenecesitaenelhornosi lacorrienteentrante

noseprecalientaa200F.

RESOLUCION

1Comosesuponeestadoestacionario ENTRA=SALE

P=R+N+G (todosconocidos)

2TorreI,CondensadorIyPrecalentadorI

P=R+SI SI=500000lb/da

LI

/

SI

=

3

LI

=

1500000

lb

/

da

DI=LI+SI DI=2000000lb/da


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TorreII,CondensadorIIyPrecalentadorII

SI=G+N(todasconocidas)

LII/G=2 > LII=600000lb/da

3

Dela

frmula

general

del

Balance

de

Energa

quedamos

reducidos

aexpresiones

del

tipo

Estebalancetotaldesarrolladoquedacomo:

CondensadorI:Siemprees sist= alrededores

=DI(CpLI(180 250)VI)= WICpH2O(12070)

=304.6106BTU/da

WI=6.092106lb/da


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CondensadorII:

=DII(CpLII(120 150)VII)= WIICpH2O(11070)

=123.21106BTU/da

WII=3.080106lb/da

CambiadorII:

=G CpLII(90 120)= WIIICpH2O(8070)

=5.67106BTU/da

WIII=567000lb/da

Horno:

=P[CpLP(480200)+vP+CpVP(500480)]


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=257.4106BTU/da

SinoseprecalentaselacargaPa200F:

=P[CpLP(48090)+vP+CpVP(500480)]

=319.7106BTU/da

PrecalentadorI:

=SICPLI(260180)

=23.6106BTU/da


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VERIFICACIONDELOSRESULTADOS

Losbalancesdemateriacierrantodos.

Sepodran calcularalgunas temperaturasnopedidaso verificaralgunasde lasque

sondatos(recalculndolas):

Porejemplo:

TemperaturadelResiduo(Nafta)delaTorreII

0=N(CpRII(90TRII))P(CpLP(14090))

TRII=318.4F ESUNVALORRAZONABLE

BalanceenelCambiadorIII

Deberaser 0=P[CpLP(200140)]R[CpRI(90480)]

31.800.000

+89.250.000

Algunodelosdatosusadosnoesvlido(enestecasoTRI=90F).Siladespejamosde

losotrosvaloresaceptadossetieneTRI=355.3F.

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