El punto de partida para el diseño de un
reactor isotérmico es un balance de materia referido a determinado reactante (o
producto), que se realiza sobre determinado volumen de control.
Hay 3 tipos de reactores isotérmicos en
generales:
- Reactor discontinuo ideal
En
un reactor discontinuo ideal no hay entrada ni salida de reactante. Se supone
además que el reactor está perfectamente agitado, esto es, que la composición
es la misma en todos los puntos del reactor para un instante de tiempo dado.
Como la entrada y la salida son nulas el balance de materia queda
Dado que el reactor está perfectamente agitado,
esto es, todos los puntos tienen la misma composición, el volumen de control
para realizar el balance es todo el reactor. Evaluando los términos:
- Reactor continuo agitado ideal
El
reactor continuo agitado ideal (RCAI) o reactor de mezcla completa supone un
flujo de alimentación y salida uniformes y una agitación perfecta, esto es, en
todos los puntos del reactor la composición y propiedades físicas del fluido
son iguales. Por esta misma razón la corriente de salida tiene la misma
composición y propiedades que el fluido que se encuentra en el interior del
reactor. La operación del RCAI se realiza en condiciones de estado
estacionario, esto es, no hay acumulación dentro del reactor. En esas condiciones
desaparece el término de dependencia con la variable tiempo. Lógicamente, en el
arranque del reactor o cuando suceden perturbaciones que modifican las condiciones
de trabajo, es necesario tener en cuenta ese término y entonces se habla de estado
transitorio.
Como
todos los puntos del reactor tienen igual composición y propiedades el volumen de
control para realizar el balance de masa es todo el reactor; en estado
estacionario queda entonces
Si se trata de un fluido que no sufre expansión
ni compresión FA = v CA y puede sustituirse en la
expresión anterior. Suele definirse además el parámetro t = V/vO , a veces denominado
tiempo espacial, donde V es el volumen de reacción y vO el flujo volumétrico
a la entrada. Por lo tanto la ecuación de diseño del RCAI puede escribirse como:
- Reactor tubular flujo pistón
El reactor tubular de flujo en pistón (RTFP) se
caracteriza porque el flujo de fluido a su través es ordenado, sin que ningún
elemento del mismo sobrepase o se mezcle con cualquier otro elemento situado
antes o después de aquel, esto es, no hay mezcla en la dirección de flujo
(dirección axial). Como consecuencia, todos los elementos de fluido tienen el
mismo tiempo de residencia dentro del reactor.
Como en el caso anterior estudiaremos este
reactor en estado estacionario, o sea que el término de acumulación desaparece
en el balance. Como la composición del fluido varía a lo largo del reactor el
balance de materia debe realizarse en un elemento diferencial de volumen
transversal a la dirección de flujo.
Ejercicios:
Se dispone de un cilindro que contiene un gas y está
dotado de un pistón de 5kN de peso. Se calienta el gas y el pistón se desplaza
40 cm. Considerando que el calor absorbido por el gas es de 60 J, calcular la
variación de energía interna.
El esquema para este cilindro será:
No hay comentarios:
Publicar un comentario