EGEL Plus Ingeniería Química cheat sheet

Regla de la cadena para derivar funciones compuestas: d/dx f(g(x)) = f'(g(x))·g'(x); útil en cinética y balances diferenciales.

Integración por partes: ∫u dv = uv − ∫v du; aparece al resolver ecuaciones de diseño de reactores y perfiles de velocidad.

Ecuación de la recta y linealización: y = mx + b; graficar ln k vs 1/T o ln C vs t permite extraer orden de reacción y energía de activación.

Ley de los gases ideales: PV = nRT con R = 8.314 J/(mol·K) = 0.08206 L·atm/(mol·K); base para correcciones de volumen y densidad.

Factores de conversión en cadena: multiplicar por razones unitarias (1 atm = 101.325 kPa = 760 mmHg) evita errores de unidades.

Número de Reynolds: Re = ρvD/μ = vD/ν; Re < 2100 laminar, Re > 4000 turbulento en tuberías.

Balance estequiométrico: ajustar por conservación de átomos; el reactivo limitante fija la conversión máxima teórica.

Fuerza y energía: F = ma, W = F·d, P = F/A; 1 N = 1 kg·m/s², 1 Pa = 1 N/m², 1 bar = 100 kPa.

pH y equilibrio ácido-base: pH = −log[H⁺]; Kw = 1×10⁻¹⁴ a 25 °C; relevante en tratamientos y efluentes.

Balance general: Acumulación = Entrada − Salida + Generación − Consumo; en estado estacionario la acumulación es cero.

Balance de materia global sin reacción: Σ entradas = Σ salidas; con reacción, usar balances por componente y grados de libertad.

Grados de libertad = variables desconocidas − ecuaciones independientes; si es cero el problema es resoluble, si es negativo está sobrespecificado.

Conversión: X = (moles alimentados − moles a la salida)/moles alimentados; relaciona el reactivo limitante con el balance por componente.

Exceso de reactivo: % exceso = (moles alimentados − moles estequiométricos)/moles estequiométricos × 100.

Balance de energía en estado estacionario: Q − W = Σ salidas nᵢĤᵢ − Σ entradas nᵢĤᵢ; entalpías referidas a un estado de referencia común.

Calor sensible: Q = m·Cp·ΔT; calor latente: Q = m·λ; en cambios de fase usar ambos tramos.

Recirculación y purga: la recirculación aumenta la conversión global sin cambiar la conversión por paso; la purga controla inertes acumulados.

Balance en régimen transitorio: dM/dt = Σ entradas − Σ salidas; integrar para tanques de mezcla y arranques de proceso.

Primera ley para sistema cerrado: ΔU = Q − W; para flujo estacionario: ΔH + Δ(v²/2) + gΔz = Q − W.

Segunda ley: ΔS_universo ≥ 0; la entropía de un proceso reversible es máxima y la irreversibilidad genera exergía perdida.

Eficiencia de Carnot: η = 1 − T_frío/T_caliente (temperaturas absolutas); límite superior de cualquier ciclo térmico.

Coeficiente de actividad y fugacidad: aᵢ = γᵢxᵢ y fᵢ = φᵢP; el equilibrio líquido-vapor exige igualdad de fugacidades en ambas fases.

Ecuación de Antoine: ln P_sat = A − B/(T + C); estima presiones de vapor para diseño de destilación y secado.

Ley de Fourier: q = −kA dT/dx; ley de Fick: J = −DAB dC/dx; ley de Newton: τ = −μ dv/dy; mismo patrón de flujo = coeficiente × gradiente.

Difusividad en gases: D ∝ T^1.75/P; en líquidos D ∝ T/μ; la temperatura eleva la difusión y la viscosidad la reduce.

Números adimensionales: Pr = Cpμ/k (momento-calor), Sc = μ/(ρD) (momento-masa), Nu y Sh correlacionan transferencia en convección.

Coeficiente global de transferencia: 1/U = 1/h₁ + e/k + 1/h₂; la resistencia controlante domina el diseño del intercambiador.

Ecuación de diseño de transferencia: Q = U·A·ΔT_ml; ΔT_ml = (ΔT₁ − ΔT₂)/ln(ΔT₁/ΔT₂) para flujo en contracorriente o paralelo.

Ley de Stokes para sedimentación: v = g·d²(ρ_p − ρ_f)/(18μ); válida en régimen laminar de partícula.

Caída de presión en lecho empacado: ecuación de Ergun combina términos de Blake-Kozeny (laminar) y Burke-Plummer (turbulento).

Eficiencia de plato o etapa: la eficiencia global relaciona etapas reales con etapas teóricas; el reflujo y la volatilidad relativa fijan la separación.

Volatilidad relativa α = K_ligero/K_pesado; α > 1 permite destilación; α cercana a 1 exige muchas etapas o reflujo alto.

Ley de Raoult para mezclas ideales: yᵢP = xᵢPᵢ_sat; base del cálculo de equilibrio en destilación flash.

Filtración a presión constante: dV/dt = kA²/(2V + c); la torta crece y el caudal disminuye con el tiempo.

Secado: la velocidad de secado es constante mientras la superficie está húmeda y cae en el periodo controlado por difusión interna.

Fluidización: la velocidad mínima de fluidización se obtiene igualando la caída de presión del lecho con su peso por área.

Ley de velocidad: −rA = k·CA^n·CB^m; el orden global es n + m y solo se determina experimentalmente.

Ecuación de Arrhenius: k = A·exp(−Ea/RT); graficar ln k vs 1/T da pendiente −Ea/R.

Reactor por lotes: t = ∫ dX/(−rA) para volumen constante; se resuelve según el orden de reacción.

CSTR: V = FA0·X/(−rA); opera en estado estacionario y su volumen es mayor que el PFR para reacciones de orden positivo.

PFR: V = FA0·∫dX/(−rA); equivale a un número grande de CSTR en serie de igual volumen total.

Tiempo de residencia: τ = V/v₀; en CSTR la concentración de salida es la del interior del reactor (mezcla perfecta).

Selectividad y rendimiento: favorecer productos deseados ajustando temperatura, concentración y catalizador; la energía de activación diferencial decide.

Desactivación de catalizador: actividad a(t) = k(t)/k₀; modelos de orden cero, primero o segundo describen la pérdida de sitios activos.

Reacciones múltiples en serie A→B→C: la concentración máxima de B depende de las constantes relativas y del tipo de reactor.

Función de transferencia de primer orden: G(s) = K/(τs + 1); la constante de tiempo τ define el 63.2 % de la respuesta.

Segundo orden: G(s) = Kωn²/(s² + 2ζωn·s + ωn²); ζ < 1 subamortiguado, ζ = 1 crítico, ζ > 1 sobreamortiguado.

Control PID: u(t) = Kp·e + Ki∫e dt + Kd·de/dt; Ki elimina el error en estado estacionario y Kd reduce el sobreimpulso.

Sintonización Ziegler-Nichols: usa Ku y Pu del ciclo límite; Kp = 0.6Ku, Ti = Pu/2, Td = Pu/8 para PID clásico.

Criterio de estabilidad de Routh-Hurwitz: el sistema es estable si todos los coeficientes del polinomio característico son positivos y las raíces tienen parte real negativa.

Margen de ganancia y de fase: se leen en el diagrama de Bode; un margen de fase mayor a 45° suele indicar buena robustez.

Válvula de control: la característica lineal, de igual porcentaje o de apertura rápida; la de igual porcentaje compensa la caída de presión variable.

Simulación de procesos: los grados de libertad del diagrama de flujo determinan las variables especificadas; el reciclo requiere convergencia iterativa.

Control en cascada: el lazo interno rápido (flujo) recibe el punto de ajuste del lazo externo lento (temperatura o nivel).

MSDS/SDS: 16 secciones normalizadas; incluye identificación, peligros, primeros auxilios, manejo y disposición.

NFPA 704: rombo con salud (azul), inflamabilidad (rojo), reactividad (amarillo) e indicaciones especiales (blanco); escala de 0 a 4.

Límites de exposición: TLV-TWA promedio ponderado en 8 h, TLV-STEL máximo en 15 min y TLV-C techo que no debe superarse.

Punto de inflamación: temperatura mínima a la que el líquido genera vapor suficiente para encenderse; por debajo del punto de inflamación no hay mezcla inflamable sostenida.

Triángulo del fuego: combustible, oxígeno y calor; la supresión elimina al menos uno de los tres.

Jerarquía de controles: eliminación, sustitución, controles de ingeniería, controles administrativos y equipo de protección personal, en ese orden de preferencia.

Análisis de riesgos: HAZOP examina desviaciones de parámetros de proceso; What-If y AMEF complementan la identificación de peligros.

Gestión de proyectos: ruta crítica es la secuencia de actividades con holgura cero; su retraso retrasa la fecha de término.

Indicadores ambientales: DBO y DQO miden carga orgánica; la relación DBO₅/DQO > 0.4 sugiere biodegradabilidad del efluente.