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Operación o serie de operaciones que produce un cambio físico o químico en una sustancia o mezcla de sustancias.

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Procesos continuos

Las entradas y salidas fluyen continuamente durante el proceso

Procesos intermitentes

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.

Procesos semi-intermitentes

También conocido como procesos semicontinuos, son aquellos procesos que no son intermitentes ni continuos.

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Reactivos -> Productos

Cambio puede hacerse por tres caminos:

modificando su masa o composición,

modificando el nivel o calidad de la energía que posee y

modificando  su condición de movimiento.

Estos son los tres cambios posibles y a cada uno le corresponde una ley de conservación: conservación de la materia, conservación de la energía y conservación de la cantidad de movimiento.

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Objetivo: Modificar las condiciones de una determinada cantidad de materia en forma más útil para nuestros fines.

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CLASIFICACIÓN DE LAS OPERACIONES UNITARIAS

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CLASIFICACIÓN DE LAS OPERACIONES UNITARIAS

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El conjunto de operaciones unitarias se clasifica según la propiedad que se transfiera en la operación y sea más  relevante en la misma.

Operaciones unitarias de transporte de cantidad de movimiento

Operaciones unitarias de transferencia de calor

Operaciones unitarias de transferencia de materia

Operaciones unitarias de transferencia simultánea de materia y energía

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Bombeo, decantación,  mezclado,  compresión.

Condensación, ebullición, destilación,  evaporación.

Adsorción, deshumidificado,  extracción, lixiviación, secado.

Tamizado, molienda,  cristalización, filtrado, sedimentación.

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Es un inventario basado en una sustancia en el sistema, o unidad de proceso.

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Balances de materia

Ley de conservación de la materia

La masa de los materiales que intervienen en un proceso es constante.

Balance de energía

Incluye todas las formas de energía.

Cinética, potencial, entalpía, calor y trabajo.

Eléctrica.

Balance de momento

Conservación de la cantidad de movimiento

Balance diferencial

Balance que indica lo que sucede en el sistema en un instante de tiempo.

Cada término del balance es una velocidad.

Se aplica en los procesos continuos.

Balance integral

Balance que describe lo que ocurre entre dos instantes de tiempo.

Cada término es una cantidad.

Se aplica en los procesos intermitentes.

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Cada año 50 000 personas se mudan a una ciudad, 75 000 emigran de ella, 22 000 nacen y 19 000 mueren. Escribir un balance de la población de la ciudad.

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Para realizar los cálculos de lo más recomendable es dibujar el Diagrama de flujo del proceso

1. Usando recuadros u otros símbolos para representar las unidades de proceso

Reactores, mezcladores, unidades de separación, etcétera

Líneas con flechas para representar las entradas y salidas

2. Escriba los valores y las unidades de todas las variables de las corrientes conocidas en los sitios del diagrama donde se encuentran las corrientes.

3. Asigne símbolos algebraicos a las variables desconocidas de las corrientes y escriba en el diagrama los nombres de estas variables y las unidades asociadas a ellas.

Nota: Aunque es posible usar cualquier notación en general se usa V, para el volumen, x, para la fracción másica o molar para corrientes líquidas,  y, para la fracción másica o molar para las corrientes gaseosas, n, para las moles, y m, para la masa.

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Cada año 50 000 personas se mudan a una ciudad, 75 000 emigran de ella, 22 000 nacen y  19 000 muren. Escribir un balance de la población de la ciudad.

Sea P la variable que denota a las personas.

Entrada + Producción – Salida – Consumo = Acumulación

50000 P/Año + 22000 P/Año - 75000 P/Año - 19000 P/Año = A(P/Año)

Acumulación = - 22000 P/Año

La población de la ciudad disminuye cada año en 22 000 personas.

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1. Se introduce agua a un tanque de 2 m3 a una velocidad de 6 kg/s y se retira a una velocidad de 3 kg/s. En el inicio, el tanque esta lleno hasta la mitad.

1. Indique si este proceso es continuo, intermitente o semicontinuo.

2. Escriba el balance de masa para el proceso.

3. ¿Cuánto tiempo tardará el tanque en rebosar?

2. Una mezcla líquida de benceno y tolueno contiene 55% de benceno en masa. Parte de la mezcla se va a evaporar para generar un vapor que contenga 85% de benceno y un líquido con 10.6% de benceno en masa.

1. Dibuje el diagrama del proceso y escriba el balance de masa del proceso.

2. Suponga que el proceso se va a llevar a cabo de manera continua y en estado estacionario, con una velocidad de alimentación de 100 kg/h de la mezcla al 55%. Sean m v (kg/h) y m l(kg/h) las velocidades de flujo másico de las corrientes de producto gaseoso y líquido, respectivamente. Marque estas corrientes en el diagrama del proceso, después escriba y resuelva el balance de masa total y del benceno para determinar los valores esperados de m v  y m l. Para cada balance, indique los términos de la ecuación general de balance (acumulación= entrada + generación - salida - consumo) que descarto y por qué.

3. Suponga que el proceso se va a llevar a cabo en un recipiente cerrado, el cual contiene al inicio 100 kg de la mezcla líquida. Sean m v (kg) y m l(kg) las masas respectivas de las fases iniciales gaseosa y líquida. Dibuje y marque el diagrama de flujo del proceso, y después escriba y resuelva los balances integrales totales de masa total y del benceno para determinar m v  y m l. Para cada balance, indique los términos de la ecuación general de balance (acumulación= entrada + generacin - salida - consumo) que descarto y por qué.