variables procesos industriales

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 2014A J.S.Ramírez-Navas 1 Procesos Industriales Juan Sebastián Ramírez-Nav as, IQ, PhD Universidad Santiago de Cali Cali  Colombia Variables Juan Sebastián Ramírez-Nav as, IQ, PhD Universidad Santiago de Cali Cali  Colombia CONTENIDO Procesos industriales Contenido Variables Materia Presión Temperatura Bibliografía  jsr  jsrn  VARIABLES Procesos industriales Variables El término «variable» se utiliza para designar una cantidad susceptible de tomar distintos valores numéricos dentro de un conjunto de números especificado. Una constante es un valor que no cambia (aunque puede no ser conocido, o indeterminado).  jsr  jsrn

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Variables comunes en los procesos industriales

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  • 2014A

    J.S.Ramrez-Navas 1

    Procesos Industriales

    Juan Sebastin Ramrez-Navas, IQ, PhD

    Universidad Santiago de Cali

    Cali Colombia

    Variables

    Juan Sebastin Ramrez-Navas, IQ, PhD

    Universidad Santiago de Cali

    Cali Colombia

    CONTENIDO

    Procesos industriales

    Contenido

    Variables

    Materia

    Presin

    Temperatura

    Bibliografa

    jsr jsrn

    VARIABLES

    Procesos industriales

    Variables

    El trmino variable se utiliza para designar una cantidad susceptible de tomar distintos valores numricos dentro de un conjunto de nmeros especificado.

    Una constante es un valor que no cambia (aunque puede no ser conocido, o indeterminado).

    jsr jsrn

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    jsr jsrn

    Variables

    En los procesos industriales se emplean materias primas, servicios (agua, vapor, combustibles, etc.), materiales en proceso y productos.

    Todo ello se maneja en forma de corrientes, cada una debidamente identificada, y adems caracterizada por:

    V. extensivas (dependientes de la cantidad de materia)

    V. intensivas (independientes de la cantidad de materia)

    Las variables fundamentales suelen llamarse dimensiones bsicas.

    Variables

    Estas son:

    M, la masa,

    L, el espacio,

    , el tiempo y

    T, la temperatura;

    Estas son las llamadas magnitudes fsicas.

    jsr jsrn

    MATERIA

    Procesos industriales

    Masa

    Es una propiedad fundamental de tipo escalar y

    representa a la cantidad de materia, independiente de su ubicacin geogrfica; puede medirse con una balanza en

    un campo gravitatorio. Se emplea para determinar si

    una propiedad de la sustancia es intensiva o extensiva.

    jsr jsrn

    Mol

    William Ostwald en 1896 introdujo la palabra mol, (palabra latina que significa montn o pila).

    Es la cantidad de una sustancia que contiene tantas entidades elementales como tomos hay en 0,012 kg de C12.

    Las entidades pueden ser tomos, molculas, iones u otras partculas.

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    Friedrich Wilhelm Ostwald (18531932)

    Mol

    1 mol = 6, 02214129*1023 unidades elementales

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    masa en gg mol

    peso molecular

    masa en lblb mol

    peso molecular

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    Variables relacionadas con la materia

    En la industria qumica se debe tener estricto control sobre la cantidad de materia que se maneja en los procesos; este control se lleva a cabo midiendo los gastos, o sea, la cantidad de materia que pasa por un punto o que se procesa por unidad de tiempo.

    El gasto se puede expresar como: Gasto msico = M /

    Gasto molar = M /

    Gasto volumtrico = L3/ = V / caudal

    jsr jsrn

    Variables relacionadas con la materia

    Se puede utilizar el gasto para medir gases, lquidos, slidos o mezclas

    jsr jsrn

    Gasto Msico Gasto Molar Gasto Volumtrico

    De gases G Q

    De lquidos L Q

    De slidos S Q

    De mezclas M Q

    G

    L

    S

    S

    Composicin

    Es una variable intensiva que generalmente se expresa como la concentracin de los diferentes componentes de una mezcla. Se puede expresar de diferentes maneras:

    Concentracin msica

    Concentracin molar

    Fraccin msica

    Fraccin molar

    Relacin msica

    Relacin molar

    Porcentaje en volumen

    Molaridad

    Molalidad

    Normalidad

    jsr jsrn

    Composicin

    Concentracin msica

    Concentracin molar

    Fraccin msica

    jsr jsrn

    i 3

    masa del componente i MC

    Volumen L

    ii

    3

    C MC

    Peso Molecular de i L

    i

    masa de i Mx

    masa total M

    Composicin

    Fraccin molar

    Relacin msica

    Relacin molar

    jsr jsrn

    i

    masa de i MX

    masa total masa de i M

    i

    moles de i Mx

    moles totales M

    i

    moles de i MX

    moles totales moles de i M

    Composicin

    Porcentaje en volumen

    Molalidad

    Molaridad Normalidad

    jsr jsrn

    i

    tot

    V%v / v *100

    V

    moles de solutoM

    1L solucin

    moles de solutom

    1000 g disolvente

    Equivalentes gramo de solutoN

    1L solucin

  • 2014A

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    Densidad

    Es una variable intensiva que relaciona la masa con el volumen de un cuerpo. Se usa ampliamente en las plantas qumicas como una manera fcil de obtener la concentracin y pureza de las corrientes. Hay diferentes formas de indicar la densidad, entre ellas Densidad absoluta

    Densidad relativa

    Peso especifico

    Volumen especfico

    jsr jsrn

    Densidad

    Densidad absoluta Peso especifico

    Densidad relativa Volumen especfico

    jsr jsrn

    3

    masa M

    Volumen L

    2

    iR T C

    H O

    2 2

    Peso MPe

    Volumen L

    31 L

    M

    Densidad (casos especiales)

    Densidad en grados Baum

    Escala usada en la medida de las concentraciones de ciertas soluciones (jarabes, cidos).

    Lquidos ms ligeros

    Lquidos ms densos

    .

    Densidad en grados API

    Escala usada para medir la densidad relativa de los productos derivados del petrleo.

    R a 60F/60F

    jsr jsrn

    R

    140Be 130

    R

    145Be 145

    R

    141,5API 131,5

    PRESIN

    Procesos industriales

    jsr jsrn

    Presin

    Es la fuerza que ejerce un fluido sobre la unidad de superficie de un cuerpo.

    El aire que respiramos es un gran ocano de gas que rodea la Tierra

    La presin va aumentando a medida que nos dirigimos hacia la Tierra debido al peso de la capa de aire soportada desde arriba.

    Presin atmosfrica

    Cuando se mide la presin atmosfrica, se est midiendo la presin que ejerce el peso de una columna de aire sobre 1 [m2] de rea en la superficie terrestre.

    P = F/A

    Donde: P es Presin [Pa], F es Fuerza

    [N], A es rea [m] La unidad de presin en el SI es el

    N/m2 que recibe el nombre de pascal [Pa] en honor de Blaise Pascal

    Blaise Pascal (1623-1662)

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  • 2014A

    J.S.Ramrez-Navas 5

    jsr jsrn

    Presin

    Pascal bar N/mm kp/m kp/cm Atm Torr

    1 Pa (N/m)= 1 41404 41435 0,102 0,102E-4 0,987E-5 0,0075

    1 bar (10N/cm) = 105 1 0,1 10200 1,02 0,987 750

    1 N/mm = 106 10 1 1,02E5 10,2 9,87 7500

    1 kp/m = 9,81 9,81E-5 9,81E-6 1 41374 0,968E-4 0,0736

    1 kp/cm = 9,81E4 0,981 0,0981 10000 1 0,968 736

    1 atm (760 Torr) = 101325 1,01325 0,1013 10330 1,033 1 760

    1 Torr (mmHg) = 133,32 0,0013332 1,3332E-4 13,6 1,36E-3 1,32E-3 1

    Unidades de presin y sus factores de conversin

    Presin

    Presin absoluta

    Presin real en una posicin dada que se mide respecto al vaco absoluto

    Presin manomtrica

    Diferencia entre la presin absoluta y la atmosfrica

    Presin de vaco Presiones inferiores a la

    atmosfrica

    En Termo se usa casi siempre la Pabs

    Pman = Pabs Patm Pvac = Patm - Pabs

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    Presin en un lquido

    En la superficie est actuando la Patm o P0.

    Y a una profundidad h, bajo una columna de lquido de volumen V, en forma de cilindro de base A, se tendr una presin P.

    Si la columna de agua tiene un volumen V = Ah y densidad , entonces se tendr que la presin en la base inferior de la columna de agua, es:

    P0

    h

    P

    A

    0P P P gh jsr

    jsrn

    Presin

    Presin absoluta mayor que la presin

    atmosfrica local

    P (absoluta)

    Patm (absoluta)

    P (manomtrica)

    P (absoluta)

    Presin absoluta

    menor que la presin

    atmosfrica local

    P (de vaco)

    Presin atmosfrica

    jsr jsrn

    Presin

    Manmetro

    Es un equipo utilizado para medir las diferencias pequeas y moderadas de presin

    Se llama Pabs a la expresin:

    P = P0 + gh

    Se llama Pman a la expresin:

    P P0 = gh

    Si es de tubo abierto mide la Pabs, Si es cerrado mide la Pman

    jsr jsrn

    Presin

    Barmetro

    Es un manmetro de tubo cerrado que se expone a la atmsfera y se utiliza para medir la Patm.

    atmP gh

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  • 2014A

    J.S.Ramrez-Navas 6

    TEMPERATURA

    Procesos industriales

    Temperatura

    La temperatura es una propiedad fundamental y puede entenderse como aquella propiedad que

    permanece invariable cuando dos sustancias estn en

    equilibrio trmico

    #

    1

    #

    total part

    i

    i

    Ec

    T ctetotal part

    Magnitud intensiva

    jsr jsrn

    Equilibrio trmico

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    Termmetros

    Son instrumentos que permiten medir la temperatura de un sistema.

    Una forma usual de construirlo es utilizando una sustancia que tenga un coeficiente de dilatacin que permanezca aproximadamente constante, como el mercurio (Hg). Dicha sustancia se dispone dentro de un tubo de vidrio graduado, de manera que las variaciones de temperatura conllevan una variacin de longitud que se visualiza a lo largo de la escala.

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    Tipos de termmetros

    Por ejemplo:

    Mercurio

    Alcohol

    Elctrico, etc.

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    Escalas de temperatura

    Grado Raumur

    Grado Celsius

    Grado Kelvin

    Grado Fahrenheit

    Grado Rankine

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  • 2014A

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    Grado Raumur

    Escala de temperatura en desuso.

    Nombrada en honor de Ren Antoine Ferchault de Raumur que la propuso como unidad en 1731.

    Un valor de 0 Raumur corresponde al punto de congelacin del agua y 80 Raumur al punto de ebullicin del agua.

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    Grado Fahrenheit

    Escala de temperatura propuesta por Gabriel Fahrenheit en 1724.

    Fija el 0 y el 100 en las temperaturas de congelacin y evaporacin del cloruro amnico en agua..

    El punto de fusin del agua es de 32F, y el de ebullicin es de 212F.

    Una diferencia de 1,8F equivale a la de 1C.

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    Grado Rankine

    El grado Rankine tiene su punto de cero absoluto a -460F y los intervalos de grado son idnticos al intervalo de grado Fahrenheit.

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    Grado Celsius

    El grado Celsius (C), denominado grado centgrado hasta 1948, es la unidad creada por Andrs Celsius para su escala de temperatura.

    Es una de las unidades incluidas en el SI de Unidades y la ms utilizada internacionalmente.

    Se define asignando el valor 0 a la temperatura de congelacin y el valor 100 a la de temperatura de ebullicin del agua, ambas medidas a una atmsfera de presin, y dividiendo la escala resultante en 100 partes iguales, cada una de ellas definida como 1 grado Celsius.

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    Grado Kelvin

    El Kelvin (K) es una unidad de temperatura creada por Lord Kelvin sobre la base de la escala centgrada, estableciendo el punto cero en el cero absoluto (-273,15C) y conservando la misma escala para cada grado.

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    La importancia de los K radica en el 0 de la escala:

    A la temperatura de 0 K se la denomina cero absoluto y corresponde al punto en el que las molculas y tomos de un sistema tienen la mnima energa trmica posible.

    Ningn sistema macroscpico puede tener una temperatura inferior.

    Grado Kelvin

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  • 2014A

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    Celsius - Kelvin

    Celsius: utiliz los puntos normales de congelacin y ebullicin del agua

    Kelvin demostr que un gas ideal a presin constante tiene un V=f(T), por lo tanto, la temperatura ms pequea es aquella con volumen igual a cero, ya que no hay volmenes negativos.

    0 (K) = -273,15 (C)

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    Frmulas de conversin

    Conversin de a Frmula

    Fahrenheit Celsius C = (F - 32) / 1.8

    Celsius Fahrenheit F = C 1.8 + 32

    Fahrenheit Kelvin K = (F + 459.67) / 1.8

    Kelvin Fahrenheit F = K 1.8 - 459.67

    Fahrenheit Rankine R= F + 459.67

    Rankine Fahrenheit F = R - 459.67

    Fahrenheit Raumur R = (F - 32) / 2.25

    Raumur Fahrenheit F = R 2.25 + 32

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    BIBLIOGRAFA RECOMENDADA

    Procesos Industriales

    Bibliografa

    Libros FELDER, R.M. Y ROUSSEAU, R.W. Elementary Principles of

    Chemical Processes. 3 ed.: John Wiley & Sons, 2004. 702 p.

    HENLEY, E.J.A., ROSEN, E.M. Y VZQUEZ, F.M. Clculo de balances de materia y energa: (mtodos manuales y empleo de mquinas calculadoras). Revert, 1973. 596 p.

    HICKS, T.G., HICKS, S.D. Y LETO, J. Manual de clculos de ingeniera qumica. 3 ed.: McGraw-Hill, 1998. 1632 p.

    HIMMELBLAU, D.M.A. Y GARCA, R.L.E. Principios bsicos y clculos en ingeniera qumica. 6 ed.: Prentice Hall : Pearson Educacin, 1997. 728 p.

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    Bibliografa

    Libros MCCABE, W.L. Y SMITH, J.C. Operaciones bsicas de

    ingeniera qumica. Revert, 1981. 498 p. OCN GARCA, J. Y TOJO BARREIRO, G. Problemas de

    ingeniera qumica: operaciones bsicas. Aguilar, 1986. PERRY, R. Manual del Ingeniero Qumico. 7 ed. USA: McGraw-

    Hill, 1997. REKLAITIS, G.V. Y SCHNEIDER, D.R. Balances de materia y

    energa. Interamericana, 1986. 649 p. WATSON, H., HOUGEN, O.A., WATSON, K.M. Y RAGATZ, R.A.

    Principios de Los Procesos Qumicos. Reverte, Editorial S.A., 1982. 560 p.

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