Estabilidad Termica De Reactores

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL

POLITÉCNICA DE LA FUERZA ARMADA NACIONAL

NÚCLEO- FALCÓN.

BACHILLER:

• Yusneidi Sánchez.

C.I 22.600.745

IP5D-B.

SANTA ANA DE CORO, DICIEMBRE 2012

ESTABILIDAD TÉRMICA DE LOS RECTORES HOMOGÉNEAS.

El efecto de la temperatura sobre la velocidad de reacción puede ser determinante al establecer la naturaleza del reactor, en el sentido de la producción. Así mismo la estabilidad del reactor, la posibilidad de controlarlo puede estar determinada principalmente por los efectos térmicos.

Para que un estado sea estable, el sistema debe regresar a ese estado con cualquier pequeña perturbación en la temperatura y concentración que pueda presentarse.

Ahora, se examina la curva XA versus temperatura:

Si uno de los parámetros cambia levemente existirá más de una intersección en las curvas del balance de energía y de masa. Cuando se producen más de una intersección existe más de una condición estable, lo cual satisface ambos balances y consecuentemente existirán estados estacionarios múltiples, en los que el reactor puede operar.

OPERACIONES ISOTÉRMICAS.

Los reactores isotérmicos son aquellos donde la operación transcurre a temperatura constante, mientras que en los adiabáticos lo que se restringe es todo intercambio de calor; cuando no existe ninguna de ambas restricciones se habla en general de reactores no isotérmicos, y en particular se llaman programados cuando se controla el intercambio térmico para producir una pauta definida de temperaturas.

OPERACIONES NO ISOTÉRMICAS.

Para el diseño de una operación no isotérmica es necesario conocer los siguientes datos básicos:

- La velocidad específica de reacción en función de la temperatura.

- Los datos térmicos del sistema, tales como capacidades caloríficas, calores latentes de todos los participantes y materiales inertes presentes, en función de la temperatura.

- El calor de reacción a una temperatura base o de referencia.

- Los flujos caloríficos o los coeficientes de transmisión de calor.

Para el diseño de reactores no isotérmicos las preguntas claves que el diseñador debe responder son:

¿Cómo se puede relacionar la temperatura de los reactantes del sistema para lograr el grado de conversión deseado?

¿Cómo influye esta temperatura en el posterior desempeño del sistema?

Para responder las preguntas de arriba, la ingeniería química debe usar 2 herramientas básicas: El balance de materia y de energía.

El propósito del balance de energía es describir la temperatura en cada punto del reactor, así la velocidad apropiada puede fijarse en cada punto. Para un sistema abierto en el cual el intercambio de calor se produce mediante la introducción de un flujo de masa a través del límite del sistema, el balance de energía para el caso de una especie que entra y sale del sistema llegará a ser:

En la química de los reactores solamente la energía interna y raramente la mecánica son formas de trabajo cuantitativamente importantes. Sólo se puede evaluar los cambios en la energía interna de un fluido, de modo que el primer, segundo y tercer término deben referirse al mismo estado de referencia. Las diferencias entre el segundo y tercer término reflejan diferentes temperaturas y la energía para diferentes composiciones de corrientes de entrada y salida.

Resumiendo, el procedimiento de diseño exige en primer lugar la realización de un balance térmico que relacione la temperatura con el grado de conversión. Como, la velocidad específica de reacción depende de la temperatura, este balance proporciona indirectamente una relación entre la constante cinética k y la conversión x. De este modo, podrá realizarse una integración numérica o gráfica para relacionar la conversión con el tiempo.

ESTABILIDAD DE ESTADOS ESTACIONARIOS

En la solución de diferentes problemas de ingeniería a veces se necesita acudir a métodos de cálculo como lo son los variaciones, ello implica utilizar funcionales, las cuales intervienen en la solución de ecuaciones diferenciales ordinarias y ecuaciones diferenciales parciales (Burden y Douglas, 1998), estos métodos también son fundamentales en la solución de problemas de optimización (Dale y Watson, 1982). Además, son una herramienta básica en el estudio de la estabilidad de sistemas dinámicos con parámetros distribuidos; cuando se utiliza el método variacional para el estudio de la estabilidad resulta una funcional que se denomina la funcional de Lyapunov. Algunas situaciones de estudios de estabilidad en las cuales interviene la funcional de Lyapunov pueden consultarse, por ejemplo, en: (Kouachi Said, 2001; Kolmanovskii y Shaikhet, 2002; Hatvani, 2001; Shaikhet, 2004). Uno de los objetivos de este documento es mostrar cómo se utiliza la funcional de Lyapunov en el estudio de la estabilidad de un reactor tubular.

Normalmente cuando se opera un reactor en una planta química preferentemente se opera en estado estacionario (E.E). Y es importante que el ingeniero se pregunte si la operación del reactor es estable o inestable, es decir, si el reactor se ha diseñado para operar en un régimen estacionario para unas determinadas condiciones. Puede suceder que una pequeña perturbación en las variables de operación saque al reactor del E.E y a medida que pasa el tiempo el reactor no regrese a las condiciones que se desea. En este caso no se ha previsto si en el diseño el E.E es estable, lo cual puede repercutir negativamente, el desarrollo del proceso. Por ello es importante analizar la estabilidad de los reactores y en general la de los equipos que se proyectan para trabajar en estado estacionario. Este artículo analiza la estabilidad del reactor tubular para una reacción con cinética de primer orden utilizando el método de la funcional de Lyapunov; se trabaja este método dado que en la literatura existe abundante información sobre la

...