Calculadoras gratuitas para ingeniería de procesos
17 cálculos de procesos químicos: reactores, cinética, balances de materia, calor, presión de vapor y destilación. Con fórmula y problemas de práctica.
Reacciones y reactores
Conversión, rendimiento y selectividad
Rendimiento = conversión × selectividad. Una selectividad que baja suele indicar temperatura demasiado alta o catalizador envejecido.
Tiempo espacial y conversión: CSTR y PFR
Reacción de 1.er orden, densidad constante, isotérmica. A igual volumen, el PFR siempre convierte más que el CSTR.
Volumen de reactor para una conversión objetivo
1.er orden, isotérmico, densidad constante. Por encima del 90 % de conversión un solo CSTR se vuelve muy grande: se usan varios en serie.
Arrhenius: efecto de la temperatura en la velocidad
Regla práctica: con Eₐ ≈ 50 a 55 kJ/mol la velocidad casi se duplica cada 10 °C. Cuidado con reacciones exotérmicas: el calor liberado sigue la misma curva.
Energía de activación a partir de dos ensayos
k₁ y k₂ en la misma unidad. Solo dos puntos: para un valor fiable, graficar ln k frente a 1/T con al menos tres temperaturas.
Ciclo de lote y productividad
Los tiempos muertos (carga, descarga, limpieza) suelen pesar tanto como la reacción: ahí se gana capacidad.
Balances de materia y mezclas
Mezcla de dos corrientes
Balance en masa, no en volumen: los volúmenes no siempre se suman. También sirve para mezclar dos tanques (kg en vez de kg/h).
Dilución de un ácido o base fuerte
Siempre verter el ácido en el agua, despacio y agitando (fuerte calor de dilución). Trabajar en masa: los volúmenes no se suman.
Evaporador: agua a eliminar
Los sólidos no se evaporan: el balance fija el agua a eliminar. Economía típica: 0,8 a 0,9 en simple efecto, cerca de 0,8 × n para n efectos.
Gas de proceso: densidad y caudal real
Gas ideal (Z = 1): válido a baja presión; por encima de unos 10 bar corregir con el factor de compresibilidad Z. Aire: M = 28,96; metano: 16,04; nitrógeno: 28,01.
Calor y energía
Calor de reacción y aumento adiabático
ΔTad = aumento de temperatura si se pierde todo el enfriamiento. Para un lote usar kmol y kg del lote. Por encima de unos 50 K, hacer un estudio de reacción descontrolada.
Reactor con camisa: agua de enfriamiento y área
Reactor bien agitado (temperatura uniforme). U típico en camisa con agua: 300 a 600 W/m²·K, menor con ensuciamiento o reactor vitrificado.
Calentamiento de un lote: energía y vapor
Solo calor sensible; pérdidas y masa del reactor ignoradas (añadir 10 a 20 %). Lv ≈ 2133 kJ/kg a 3 bar abs, 2015 kJ/kg a 10 bar abs.
Equilibrio líquido-vapor y destilación
Presión de vapor (ecuación de Antoine)
Constantes en mmHg y °C (tablas usuales de ingeniería química); no extrapolar fuera del rango indicado. Donde Psat iguala la presión del recipiente, el líquido hierve.
Volatilidad relativa y valores K (Raoult)
Mezcla ideal (Raoult), válida para compuestos parecidos (benceno-tolueno, hexano-heptano). Metanol-agua y etanol-agua no son ideales: α real distinto.
Número mínimo de etapas (Fenske)
Reflujo total, α constante, mezcla binaria; Nmin incluye el hervidor. En operación real se necesitan cerca de 2 a 2,5 veces Nmin.
Reflujo mínimo (Underwood, binario)
Alimentación líquido saturado (q = 1), α constante, flujos molares constantes. Factor habitual f: 1,2 a 1,5.
Herramientas de aprendizaje y verificación. Los rangos indicados son referencias generales: siga siempre los procedimientos, permisos y consignas de su planta. No se envía nada: los cálculos se hacen en su navegador.