Ing. Q. Óscar Gdo. Jaubert Calvo, M.Sc.
De acuerdo con una serie de estudios, la clasificación, según el sistema físico es: estático, dinámico, térmico y químico
Existen diferentes factores que controlan el sistema, que ocurre cuando existen diferentes criterios dimensionales
En estos casos (sistemas más complejos) se debe de escoger una de las condiciones de manera que el proceso dependa de ésta
Este término se utiliza para diferenciar el proceso que sea determinante, cuando se tienen sistemas complejos
Otra manera de expresarlo es como la fuerza o factor de resistencia que controla la expresión de cambio del sistema
Ecuación:
Término respectoA la conversión de La reacción
Término respectoA la difusión
Si el factor predominante es la conversión el sistema se debe estudiar el régimen químico y las similaridades químicas.
El régimen debe ser relativamente puro, un ejemplo es que la velocidad de reacción dependa de un grupo adimensional principalmente
El régimen debe ser del mismo tipo en la pequeña escala como en la grande. (si esto no se cumple es riesgoso cuando sea necesario extrapolar relaciones de similaridad)
Si aumenta la temperatura tiende a aumentar la velocidad del proceso, de forma que disminuye el factor de resistencia de la ecuación de velocidad
Si se aumenta la agitación se incrementa el grado de turbulencia en un medio fluido, reduciendo el grosor de la película laminar y disminuyendo la resistencia de transferencia de calor o de masa por convección
Existe cuando hay más de un grupo adimensional que gobierna el comportamiento del proceso o sistema, donde se puede realizar los siguiente:
Se puede calcular cualquiera de los dos factores de resistencia primero y determinar el otro mediante un modelo experimental
Se complementa éste tipo de régimen con un modelo geométricamente distorsionado
Modificó uno de los factores controlantes por algún arreglo artificial
Cuál es el régimen que controla y las similitudes que se deben de considerar en:
◦ Quebrado, tamizado e hidrociclón
◦ Sedimentación
Quebrado, tamizado
Hidrociclón
Sedimentación
Planta piloto: Precursor de una planta de producción, que aún no se ha construido
Modelo: Se utiliza como una simulación de un proceso que ya está en funcionamiento de forma que se muestren los efectos de modificar algunas variables del proceso.
Raramente en el diseño de un nuevo proceso, se necesita una planta piloto completa del proceso; generalmente solamente aquellos procesos que no pueden ser diseñados con base en la experiencia o de principios conocidos basados en datos de laboratorio, son verdaderamente “piloteados”.
Los datos se clasifican en Datos disponibles de experiencias previas en el
proceso. Datos obtenidos de reportes de laboratorio o
que pueden ser derivados de los resultados en el laboratorio.
Datos disponibles en la literatura. Datos que pueden ser aproximados lo más
cercanamente posible a los propósitos de diseño mediante relaciones termodinámicas, por alguna de las muchas correlaciones empíricas y semiempíricas que existen, etc.
Se deben mantener las condiciones de operación en los procesos a pequeña escala, para simular el de gran escala.
Lo más seguro para evaluar el efecto de escala es hacer varias plantas piloto de diferentes tamaños (lento y costoso)
“La composición espacial y temporal de
un sistema físico es determinado por
cocientes y magnitudes dentro del mismo
sistema, y no depende del tamaño o la
naturaleza de las unidades en las cuales
estas magnitudes son medidas.”
Similaridad Geométrica.
Similaridad Mecánica.
Similaridad Térmica.
Similaridad Química
Concepto de correspondencia.
Dos cuerpos son geométricamente similares cuando cada punto en uno de los cuerpos posee un punto correspondiente en el otro cuerpo”
Considere dos cuerpos sólidos, atravesados por tres ejes imaginarios los cuales intersecan el espacio de cada uno de tal modo que cada punto es único y descrito por estas tres coordenadas.
Existe un punto en el primer cuerpo cuyas coordenadas son x, y, z además un punto dentro del otro cuerpo con coordenadas x’,y’,z’.
Similaridad estática
Similaridad cinemática
Similaridad dinámica
Cuerpos similarmente geométricos,
presentan similaridad estática cuando bajo
la acción de una tensión constante, su
deformación relativa, es tal que ellos
permanecen siendo geométricamente
similares
La similaridad geométrica con sistemas en movimiento, presenta similaridad cinemática cuando partículas correspondientes siguen un camino geométricamente similar con intervalos de tiempo correspondientes.
Para sistemas en movimiento con
similaridad geométrica, son dinámicamente
similares cuando las razones de todas las
fuerzas correspondientes son iguales.
Sistemas geométricamente similares son
térmicamente similares cuando diferencias
de temperatura correspondiente dan un
cociente constante
Sistemas geométricos y térmicamente
similares son químicamente similares cuando
diferencias de concentración
correspondientes dan una razón constante.
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