Mantenimiento

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3. ANALISIS DE UNIDADES SIMPLES
Por unidades simples se entienden aquellas que desarrollan operaciones de transformación física o química de la materia y que se analizan a partir de los principios de conservación de materia y energía además de sus restricciones inherentes. En la simulación de una unidad simple se requiere un análisis de variables que nos permita determinar las variablesde diseño requeridas para su completa especificación Algunas unidades simples que se estudian a continuación son los enfriadores, los calentadores, las válvulas de expansión, las bombas compresores y turbinas, los divisores y mezcladores de corrientes, los fraccionadores o recuperadores de componentes contenidos en corrientes, entre otros

VARIABLES DE DISEÑO
Las variables de diseño son todasaquellas que deben especificarse para definir completamente una unidad operativa dentro de un proceso químico. Para la determinación de las variables de diseño en una unidad, se requiere el conteo de: • El número total de variables ( N v ) que influyen en la operación de la unidad. Esta cantidad es análoga al número de incógnitas en un sistema algebraico de ecuaciones simultáneas. • Las ecuacioneso relaciones o restricciones existentes en la unidad. El número de restricciones se simbolizará como N c . Estas restricciones son análogas a las ecuaciones independientes que pueden escribirse en un sistema algebraico. Si el número de restricciones es igual al número total de variables, entonces el sistema está completamente definido. La anterior igualdad no existe, con frecuencia, en losproblemas típicos de diseño y, en tal caso, el diseñador debe arbitrariamente especificar ciertas variables. El número de variables que puede especificar se conoce como los “Grados de Libertad” del sistema y pueden calcularse mediante la siguiente ecuación:
e
e

N ie = N ve − N ce
e

(3.1)

Los grados de libertad, N i , corresponden a las variables de diseño definidas anteriormente.

29Tipos de variables
Las variables que un diseñador de un elemento o unidad de proceso debe considerar son: Concentraciones de corrientes, Temperaturas, Presiones, Flujos y Variables de repetición, Nr Las tres primeras variables de la lista son intensivas; es decir, son independientes de la cantidad de materia presente. Sería permisible, por lo tanto, sustituirlas por cualquiera otra propiedadintensiva como la entalpía molar, entropía molar, etc., pero esto es pocas veces conveniente La cuarta variable de la lista es una propiedad extensiva, es decir, depende de la cantidad de materia presente. Otra propiedad extensiva, la entalpía total de corriente se utiliza en los cálculos, pero solo como un medio para obtener los flujos de corrientes. El término “Flujo” se utiliza para describirtanto flujo de materia como flujo de calor. Ejemplos de estos últimos son el flujo calórico de entrada a un vaporizador y el flujo calórico removido de un condensador. La quinta variable de la lista no es ni intensiva ni extensiva. Es un solo grado de libertad que el diseñador utiliza cuando especifica el número de veces que un elemento en particular se repite en una unidad. Por ejemplo, unasección de una columna de destilación está constituida de una serie de etapas de equilibrio y cuando el diseñador especifica el número de etapas que la sección contendrá utiliza un solo grado de libertad representado mediante la variable de repetición (Nr = 1.0). Si la columna de destilación contiene más de una sección (rectificación y agotamiento), el número de etapas de cada sección debe especificarsey existirán tantas variables de repetición como secciones haya en la columna; en este caso; Nr = 2.

Relaciones de restricción, NC
La determinación de Nv para cualquier unidad es bastante sencilla y directa. No es difícil contar todas las concentraciones de corrientes, temperaturas, presiones y flujos que existen en un sistema y añadir a su número las variables de repetición requeridas....