que significa balance macrocospico de materia?¿su importancia? ¿que es?

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Registrado: 19 Oct 2009

quiero saber que es el balance macrocospico de materia y su importancia para I.Q , como puedo empezar a estudiar este tema................

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Registrado: 4 Feb 2009

Saludos.

Cabe aclarar que un balance es una expresión matemática que relaciona el "inventario" de una cantidad conservativa dentro de un "sistema" o "volumen de control", entendido como una región del espacio físico arbitrariamente definida. La forma general de un balance es:

Velocidad de entrada de la cantidad al volumen de control
+
Velocidad de generación de la cantidad dentro del volumen de control
=
Velocidad de salida de la cantidad del volumen de control
+
Velocidad de acumulación de la cantidad en el volumen de control.

Las cantidades conservativas de interés en ingeniería química son:

La masa (total)
La cantidad de especie química (moles)
La cantidad de movimiento (lineal o angular)
La energía
La carga eléctrica

Si el volumen de control seleccionado, es una región finita del espacio, se habla de un balance macroscópico. Si por el contrario, se consideran volúmenes de control infinitesimales (en el sentido matemático del término), se tienen balances microscópicos.

Los balances microscópicos permiten detallar la cantidad conservativa en cuestión, en términos de gradientes espaciales y temporales. Matemáticamente, y en el caso más general, los balances microscópicos conducen a ecuaciones diferenciales parciales en tres variables espaciales y el tiempo. Esos balances son también llamados "ecuaciones de cambio" o "ecuaciones de variación". En general, estas ecuaciones pueden suponer problemas matemáticos bastante complejos e interesantes. En compensación, permiten obtener enormes cantidades de información; Si se resuelven correctamente, conducen a una descripción completísima de un sistema en términos de perfiles geométricos y temporales de velocidad, presión, temperatura y concentración.

Los balances macroscópicos, expresan los intercambios de masa, energía o momentum con sus alrededores, como las "sumas" de ciertas funciones de flujo sobre la superficie del volumen de control. Solo se ocupan de los efectos globales sobre todo el sistema, y por eso son descripciones más gruesas y menos detalladas de los sistemas. Matemáticamente son más simples. En general, los balances macroscópicos conducen a ecuaciones diferenciales ordinarias con el tiempo como única variable. Si se trata de sistemas de flujo en estado estacionario, la complejidad se reduce a ecuaciones algebráicas. Dependiendo de la geometría, pueden involucrar integrales de área o volumen en múltiples variables espaciales. Los balances macroscópicos se llaman también " ecuaciones de diseño".

La integración o solución de los balances microscópicos, conducen a los balances macroscópicos. Por ejemplo, cuando el balance microscópico de energía mecánica se integra sobre un volumen de control de interés en ingeniería, se obtiene la ecuación de diseño conocida como "Ecuación de Bernoulli".

La importancia de los balances es enorme. Se puede decir que son lo que marca la diferencia entre conocimiento de ingeniería bien fundamentado del empirismo bárbaro.

Por un lado, tienen una importancia epistemológica, pues permiten entender qué es lo que sucede (relaciones entrada - salida y causa - efecto), qué magnitudes físicas intervienen en los fenómenos y su peso específico en operaciones y procesos. Esta comprensión permite proponer mejoras o entender escenarios de lo que sucedería si las condiciones cambiasen.

Por otro lado, permiten DISEÑAR!... Volviendo al ejemplo, la ecuación de Bernoulli permite diseñar la mejor configuración de una red de tuberías, así como determinar los requerimientos de potencia en una instalación, información sin la cual la tarea de bombeo podría no ser exitosa. En cuanto al diseño se refiere, los balances microscópicos son tan poderosos que permiten diseñar en cualquier escala de tamaño sin necesidad de factores de escalamiento empíricos. Antiguamente, muchos diseños se hacían al tanteo, por ensayo y error, con prototipos de equipos de diferentes configuraciones y tamaños. Gracias al conocimiento de las ecuaciones de variación, los diseños se pueden hacer en papel o computadora casi por completo, minimizando así la cantidad de experimentación (costosa y demorada) que sería necesario adelantar para hacer tecnología.

Espero haber sido suficientemente ilustrativo.