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.