1. UNEFA
Dpto. Ing. Electrónica
3-2006 Término IX
Control de Procesos I
Prof. Camilo Duque
TEMA 2
DEFINICIONES FUNDAMENTALES EN PROCESOS [ 1 ]
Contenido:
1.- Tipos de sistemas y procesos
2.- Propiedades físicas de la materia
3.- Leyes fundamentales
4.- Propiedades dinámicas de los procesos

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Control de Procesos I
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TEMA 2
DEFINICIONES FUNDAMENTALES EN PROCESOS [ 2 ]
1.- Tipos de sistemas y procesos
SISTEMA: Un sistema es aquella particular porción del universo en la cual estamos interesados.
Típicos sistemas termodinámicos pueden ser: una cierta cantidad de gas, un líquido y su vapor, una
mezcla de dos líquidos, una solución, un sólido cristalino, etc.
AMBIENTE O ALREDEDORES: Todo lo que se encuentra en el universo, con excepción del sistema,
se denomina ambiente.
LÍMITE O FRONTERA: Un límite es toda pared, contorno o borde real o ideal que separa el sistema
del ambiente. El limite de un sistema puede ser fijo o móvil, lo que produce un sistema de volumen
constante o variable
LÍMITE ADIABÁTICO: Se dice que un límite es adiabático cuando el estado del sistema se puede
cambiar únicamente moviendo el límite o bien colocando al sistema en un campo de fuerzas
exteriores (por ejemplo campos eléctricos, magnéticos o gravitacionales). A veces se suele definir el
límite adiabático como aquél que es impermeable al flujo de calor.
LÍMITE DIATÉRMICO: Se dice que un límite es diatérmico cuando permite que el estado del sistema
se modifique sin que haya movimiento del límite. La manera usual de definirlo es que un límite es
diatérmico cuando permite el flujo de calor a través de él.

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DEFINICIONES FUNDAMENTALES EN PROCESOS [ 3 ]
1.- Tipos de sistemas y procesos
Un sistema se dice cerrado o masa de control cuando está rodeado por un límite impermeable a la
materia, y abierto o volumen de control cuando está rodeado por un límite permeable.
En un sistema puede haber traspaso de energía aun cuando no haya paso de masa, si el sistema es
impermeable a la transferencia de energía se dice que es aislado.
SISTEMA HOMOGÉNEO: Un sistema se dice homogéneo cuando (en ausencia de fuerzas
exteriores) sus variables termodinámicas son constantes a través de todo el sistema.
SISTEMA HETEROGÉNEO: Un sistema en el cual las variables termodinámicas varían de un lugar a
otro en forma discontinua se dice que es heterogéneo. Por ejemplo, un sistema constituido por hielo y
agua en equilibrio es heterogéneo. Las discontinuidades se producen en las interfases sólido-líquido.

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DEFINICIONES FUNDAMENTALES EN PROCESOS [ 4 ]
2.- Propiedades físicas de la materia
PROPIEDADES INTENSIVAS: Son independientes del tamaño del sistema
PROPIEDADES INTENSIVAS: Son dependientes del tamaño del sistema
PROPIEDADES ESPECIFICAS: Son aquellas propiedades extensivas por unidad de masa. Cuando
la masa esta dada en moles, se llama propiedad especifica molar.
Las propiedades fundamentales de la materia son: Presion, Temperatura y Volumen.

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DEFINICIONES FUNDAMENTALES EN PROCESOS [ 5 ]
2.- Propiedades físicas de la materia
ENERGIA TOTAL:
E = U + Ec + Ep
E = Energía Total
U = Energía interna
Ec = Energía Cinética
Ep = Energía Potencial

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DEFINICIONES FUNDAMENTALES EN PROCESOS [ 6 ]
2.- Propiedades físicas de la materia
PRESION:
Es la fuerza que ejerce un fluido por unidad de superficie.
La presión es una única propiedad pero se presentan 3 tipos de referencias:
Presión absoluta
Presión manométrica
Presión de vacío
Actividad 1. Analizar como es el comportamiento de la presión dentro de un reactor químico que
recibe el afluente de 2 sustancias y entrega la mezcla de ambas por gravedad con una única
restricción que es una válvula manual. Estudiar el caso del reactor abierto y cerrado. Considerar que
la reaccion es tal que se producen tanto la mezcla de descarga como gas.
Sugerencia 1. Consultar las unidades de presión, sus equivalencias y los tipos de presiones

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DEFINICIONES FUNDAMENTALES EN PROCESOS [ 7 ]
2.- Propiedades físicas de la materia
TEMPERATURA:
Es una medida de lo “caliente” o “frio” de un sistema.
Uno de los aspectos mas importantes de la temperatura es que esa íntimamente relacionada con la
energía interna de un sistema, aun cuando la energía térmica no es la única forma de energía interna
pero si una de las mas importantes en procesos.
Sugerencia 2. Consultar las unidades de temperatura y sus equivalencias

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DEFINICIONES FUNDAMENTALES EN PROCESOS [ 8 ]
2.- Propiedades físicas de la materia
FASE: Muchas veces conviene dividir un sistema heterogéneo en subsistemas, llamados fases,
imaginando nuevos límites en los lugares donde ocurren las discontinuidades. En consecuencia, una
fase es un subsistema homogéneo. No es necesario que todas las partes de una fase sean
adyacentes.
Por ejemplo, un sistema que consiste de hielo y agua se considera un sistema de dos fases, sea que
el hielo esté en un único trozo o dividido en varios fragmentos.
Dentro de los sistemas que estudiaremos los habrá de una sola fase o multifasicos.

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DEFINICIONES FUNDAMENTALES EN PROCESOS [ 9 ]
2.- Propiedades físicas de la materia
SUSTANCIA PURA: Aquella cuyos composición química no cambia, aun a pesar de cambios de fase.
Ejemplos de sustancias puras son el agua, el aire.
Aquella sustancia que experimenta cambios en su composición química se denomina mezcla. Las
mezclas son de especial interés en procesos, bien para producirlas o para decomponerlas en
sustancias puras o en mezclas mas sencillas.
LIQUIDO COMPRIMIDO: Cuando el liquido esta lejos de su punto de evaporación.
LIQUIDO SATURADO: Cuando esta cerca de su punto de evaporación.
VAPOR SATURADO: Sustancia en fase gaseosa cerca de su punto de condensación.
VAPOR SOBRECALENTADO: Sustancia en fase gaseosa que esta lejos de su punto de
condensación
Una sustancia pura cuando esta en su punto de evaporación, se presenta como una mezcla saturada
liquido-vapor.
Actividad 2. Analizar el comportamiento de un calentador de agua corriente sometido a un perfil de
temperatura desde los -10oC hasta los 300oC. Estudiar que sucede con el agua si es pura. Suponer
el calentador adiabático y también diatérmico.

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DEFINICIONES FUNDAMENTALES EN PROCESOS [ 10 ]
2.- Propiedades físicas de la materia
CALOR: Es la forma de energía que se transfiere entre 2 o mas sistemas debido a una diferencia de
temperatura entre ambas.
MODOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR:
Conducción: ocurre desde las partículas de mas energéticas hacia las menos
energéticas.
Convección: ocurre entre una superficie sólida y un fluido en movimiento adyacente. A
mayor movimiento del fluido, mayor transferencia de calor por convección, si el
movimiento es mínimo la transferencia ocurre por conducción.
Radiación: energía emitida por la materia mediante ondas electromagnéticas. De poco
uso a nivel industrial debido a su baja eficiencia comparada con los otros modos de
transferencia que requieren de menos trabajo.
El calor no es una magnitud fácil de manejar porque no es una función de estado, y entonces no
tenemos la libertad de imaginar a nuestro antojo caminos idealizados para determinarlo, por lo que
usamos una propiedad de estado llamada entalpía que relaciona la energía interna con las
condiciones de presión y volumen del sistema.
La entalpía es útil en problemas que involucran cantidades de calor (por ejemplo calores de reacción
o capacidades caloríficas) cuando la presión es una variable importante.

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DEFINICIONES FUNDAMENTALES EN PROCESOS [ 11 ]
3.- Leyes Fundamentales
LEY CERO DE LA TERMODINAMICA:
“Dos cuerpos están en equilibrio térmico ambos exhiben la misma temperatura aun si no
están en contacto”.
RELEVANCIA: entre sistemas en equilibrio térmico no hay transferencia de calor.
PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA:
“En todos los procesos adiabáticos entre dos estados específicos de un sistema cerrado,
el trabajo neto efectuado es el mismo sin que importe la naturaleza del sistema cerrado y los detalles
del trabajo”.
RELEVANCIA: La conservación de la energía.
Generalización de la primera ley:
Q – W + ∑Een - ∑Esal = ∆Esis
Tarea 1. Desarrollar la expresión de la primera ley para un proceso de nivel y un proceso de
Energía que cruza
las fronteras del
sistema como
CALOR y trabajo
Energía total en
forma de masa
que ENTRA al
sistema
Energía total en
forma de masa
que SALE al
sistema
Energía total
residual
contenida en el
sitema
+ - =

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DEFINICIONES FUNDAMENTALES EN PROCESOS [ 12 ]
4.- Propiedades Dinámicas de los Procesos
TIEMPO MUERTO: Es La propiedad de un sistema físico por la que al ser aplicada una fuerza, el
efecto de tal fuerza no se manifiesta inmediatamente, sino con un retraso en el tiempo,
independientemente de la intensidad de la fuerza.
Esta característica se presenta en lo procesos de transferencia de masa y/o energía, es uno de los
factores más delicados en el control de procesos y depende de las características físicas y operativas
del proceso.
El tiempo muerto en muchas ocasiones no se puede modelar perfectamente por que esta presente a
lo largo de toda la planta y no específicamente en el proceso
Ojo: conforme aumenta el tiempo muerto, se reduce el margen de ganancia del sistema.
Actividad 3. Comprobar que el tiempo muerto de un sistema reduce el margen de ganancia del
sistema. Usar un sistema de primer orden con K=1y τ=1.

13. UNEFA
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DEFINICIONES FUNDAMENTALES EN PROCESOS [ 13 ]
4.- Propiedades Dinámicas de los Procesos
CAPACIDAD: Esta propiedad mide la cantidad de energía o masa que puede almacenar el proceso o
sistema.
Su interés viene por que el efecto de esta propiedad da la medida en que el sistema se opone a los
cambios instantáneos de masa o energía. En los sistemas de fluidos tendremos en los tanques una
capacidad, los sistemas térmicos tienen capacidad calórica, los sistemas mecánicos inercia, etc…
Específicamente el interés estará orientado hacia la capacitancia
Sugerencia. Para el análisis resulta útil hacer la analogía de los procesos con circuitos RC.

14. UNEFA
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DEFINICIONES FUNDAMENTALES EN PROCESOS [ 14 ]
4.- Propiedades Dinámicas de los Procesos
CAPACITANCIA: Este parámetro mide la característica propia del proceso para la transferencia de
masa o energía con respecto a una cantidad de alguna variable de referencia.
En forma genérica se expresa:
Variación de Energía o masa
C = ------------------------------------------------------------------------
Variación de propiedad asociada a la masa o energía
La diferencia fundamental entre capacidad y capacitancia radica en el hecho que la primera solo
significa y depende de la característica para almacenar masa/energía mientras la segunda es una
relación entre la masa/energía almacenada y otra variable que incide en la acumulación de esa
masa/energía.
Actividad 4. Analizar la capacidad y capacitancia de los tanques mostrados en la figura siguiente.
Usar d1=5m d2=10m h1=6m y h2=3m.
d1
h1
d2
h2
Tarea 2. Responder clara y solidamente cual
de los dos tanques tiene una mayor tendencia
a mantener constante la variable controlada
(nivel) a pesar de los cambios de carga que se
presenten en el sistema y explicar también a
cual de los dos tanques es mas difícil aplicar
un perfil de control.

15. UNEFA
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DEFINICIONES FUNDAMENTALES EN PROCESOS [ 15 ]
4.- Propiedades Dinámicas de los Procesos
RESISTENCIA: Esta propiedad que expresa la restricción total o parcial que impone el proceso al
flujo o transferencia de energía o masa entre dos elementos de capacidad.
En forma genérica se expresa:
Variación de Energía o masa
R = --------------------------------------------------------------------
Variación del flujo de masa o energía asociado
Actividad 5.
Cuantos procesos se plantean en el diagrama?
Donde esta presente resistencia de proceso?
Cual seria la expresión de R?