Dr. JUAN MARLON M. GARCÍA ARMAS
Definición de Balance de Materia Es una contabilidad contabilidad exacta de todos los materiales que entran, salen, se acumulan o se agotan en un intervalo de operación dado. Se pueden distinguir cuatro tipos de balance de materia dependiendo del tipo de sistema:
En un sistema con entradas, salidas y reacciones químicas Acumulación Acumulació n = Entrada – Salida + Generación – Consumo Sistema sin reacciones químicas Acumulación Acumulació n = Entrada – Salida Sistema en estado estacionario, no hay acumulación ni reacciones químicas Entrada = Salida
Sistema sin corrientes de entrada ni de salida, pero con reacción química. Acumulación Acumulació n = Generación Generación - Consumo
Definición de Balance de Materia Es una contabilidad contabilidad exacta de todos los materiales que entran, salen, se acumulan o se agotan en un intervalo de operación dado. Se pueden distinguir cuatro tipos de balance de materia dependiendo del tipo de sistema:
En un sistema con entradas, salidas y reacciones químicas Acumulación Acumulació n = Entrada – Salida + Generación – Consumo Sistema sin reacciones químicas Acumulación Acumulació n = Entrada – Salida Sistema en estado estacionario, no hay acumulación ni reacciones químicas Entrada = Salida
Sistema sin corrientes de entrada ni de salida, pero con reacción química. Acumulación Acumulació n = Generación Generación - Consumo
ECUACIÒN GENERAL DE BALANCE DE MATERIA
ENTRADAS:
SALIDAS:
Mp (Masa de productos) productos)
ME (Masa de entrad e ntrada) a)
OPERACIÓN UNTARIA
MR (Masa de residuos)
MN (Masa no identificada)
Tipos de Sistema Se llama sistema a cualquier porción arbitraria arbitraria o completa de un procesos. Los sistemas se clasifican en:
e l que la materia se transfiere transfiere a través de Sistema abierto o continuo. Es aquel en el la frontera del sistema, es decir, decir, entra en el sistema, o sale de él, o ambas cosas.
Sistema cerrado o por lotes (batch). Es aquel en el que no hay transferencia de materia a través de la frontera del sistema.
Tipos de Procesos Industriales •
Estado estable
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Estado No Estable
Procesos en estado estable Característico de los procesos continuos, las variables del proceso no cambian con el tiempo , hay fluctuaciones pequeñas alrededor de los valores promedio constantes. Se dice que el proceso está operando en régimen permanente, que el sistema está en estado estacionario.
Solución azucarada 25 0C , 100 kg/h
Vapor de agua 100 0C , 20 kg/h
Solución azucarada 100 0C , 80 kg/h
Procesos en estado no estable
Composición varía con el tiempo
Característico de los procesos no continuos, variables del proceso (al menos una) cambian con el tiempo.
Composición varía con el tiempo
Procesos en serie y en paralelo
Procesos en paralelo Se dan al mismo tiempo, simultáneamente. Ejemplo: dos corrientes que se calientan por separado para luego reaccionar
A1
A2 Calentamiento 1
P REACCIÓN
B1
Calentamiento 2
B2
Procesos en serie. Se dan uno a continuación de otro.
Balance en procesos sin reacciones químicas 1) Balance de masa total. Ejemplo:
70 kg 100 kg cristalización Solución saturada Licor madre Wcristales = ? ENTRADA 100
SALIDA = 70 + Wcristales
Por lo tanto: Wcristales = 30 kg
2) Balance de moles totales. Ejemplo:
100 moles 110 moles humidificación Aire húmedo Aire seco nvapor de agua = ? ENTRADA
SALIDA
100 + nvapor de agua = 110 Por lo tanto:
nvapor de agua
= 10 moles
Balance de Materia en Varias Unidades de Procesos
¿Cuantos balances se establecen?
BALANCE DE ENERGÍA
BALANCE DE ENERGÍA
Importante Como la mayoría de los procesos industriales se desarrollan a presión constante, el calor necesario para calentar una masa i de una sustancia desde T1 a T2 será: T 2
Q si miC pi dT T 1
considerando un valor medio del calor específico en el intervalo T1-T2 :
Q si
miC pi ( T 2
T 1 )
Para gases reales se han propuesto ecuaciones empíricas de tipo cuadrático:
C pi
a bT cT 2
BALANCES ENTÁLPICOS Aplicación a sistemas en que no se considera la contribución de la energía mecánica (variaciones de energía potencial y cinética despreciables) y que no intercambian trabajo con el medio:
m g ( z2 z1 ) ( H 2 H 1 )
1 m ( V 22 V 12 ) 2
Q = H 2
Q
– H 1
W
BALANCES ENTALPICOS Aplicación
a sistemas en régimen estacionario que intercambian calor con el medio. Incluye cambios en la temperatura, en el estado de agregación o en la naturaleza química de las sustancias.
No se considera la contribución de la energía mecánica (variaciones de energía potencial y cinética despreciables) al estado energético del sistema.
Problemas Resueltos y Propuestos
PROBLEMAS DE BALANCE DE MATERIA
Problema propuesto
Problema propuesto
Problema propuesto
Escriba las ecuaciones de balance: total y para cada componente
PROBLEMAS DE BALANCE DE ENERGIA
•
LUNES 10:40 – 1:20 PM
MUCHAS GRACIAS…
Sugerencia : calor que entra =calor que sale
