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BALANCE DE MATERIA EN UN PROCESO DE FLUJO Y ESTADO ESTACIONARIOS: ECUACION DE CONTINUIDAD

Un proceso se denomina de flujo estacionario cuando se mantienen constantes en el tiempo las velocidades de flujos de masa que entran y salen del sistema, es decir:

= cte ,, = cte'

aunque no tienen por qué ser iguales.

Un proceso se denomina de estado estacionario cuando permanece invariable la masa del sistema con el tiempo, es decir:

(Las mismas definiciones son extensibles a los balances de energía).

Por tanto, un proceso de flujo y estado estacionarios será aquel en que:

Aunque estas condiciones son difíciles de alcanzar, generalmente estudiaremos los procesos en este modo, olvidándonos de las inevitables fluctuaciones que existen en los mismos.

Esa ecuación del balance de materia en un proceso de flujo y estado estacionarios se transforma en otra similar, muy útil para el estudio del flujo de fluidos por tuberías:

(2.6)

donde

*: densidad del fluido

c : velocidad lineal del fluido en la tubería

A : área de la sección transversal de la tubería.

Recibe el nombre de Ecuación de continuidad.

Si el fluido es incompresible (líquidos) ==> , y la ecuación queda: , (caudal constante).

Y si la tubería es de sección constante, A1 = A2, entonces la velocidad del fluido ha de permanecer constante.

Estas mismas ecuaciones, al igual que en el apartado anterior, son válidas cuando hay más de una corriente de entrada y salida, o más de un componente en las mismas.

En la ecuación anterior, A.c es un producto vectorial, y se supone que , es decir, A es el área de la sección normal de la tubería, y c es la velocidad perpendicular a ese área. Si c no es perpendicular hay que poner .

También, a veces, la ecuación de continuidad se ve escrita como:

Hasta ahora nos hemos referido a los balances de masa en los procesos donde no hay reacciones químicas. Cuando éstas tienen lugar hay un reordenamiento de los átomos y las moléculas, formando compuestos moleculares diferentes, con lo cual, resulta obvio, no se puede realizar un balance entre los flujos másicos o molares de entrada y salida de cada sustancia. En vez de lo anterior, disminuirán las cantidades de algunas sustancias y se crearán otras nuevas, no resultando válidas las ecuaciones de balance de materia por componentes explicadas anteriormente.

Lo que sí se puede es determinar las cantidades de componentes que se producen o desaparecen, para lo cual hará falta ajustar la ecuación estequiométricamente. A partir de la estequiometría, conocida una de esas razones o relaciones de producción, se pueden determinar las otras.

Esa primera relación necesaria se puede determinar según los conocimientos del equilibrio, ( ácido-base, químico, etc.) de Química General, o a partir de los de cinética de Química Física. La velocidad de reacción se puede determinar a partir de datos de temperaturas, presiones, composición y flujos de materiales a través del reactor, (Ingeniería de la Reacción Química), independientemente de las ecuaciones de balance.

Este tipo de procesos no será objeto de estudio.

Citation: (course_default). (2008, April 25). pagina_03. Retrieved December 11, 2019, from ocwus Web site: http://ocwus.us.es/arquitectura-e-ingenieria/operaciones-basicas/contenidos1/tema2/pagina_03.htm.
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