Fundamentos de Balance de Materia

FUNDAMENTOS DE LOS BALANCES DE

MATERIA

León Cruzado, Jhon Paúl

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLODEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA

BALANCE DE MATERIA Y ENERGÍA

Ecuación General de un Balance

Tipos de balance

Lo que ocurre en un instante.

Cada término es una velocidad.

Personas/año, g SO2/s, barriles/día.

Proceso continuo.

Lo que ocurre en dos instantes.

Cada término es una porción.

Personas, g SO2, barriles.

Proceso intermitente o por lotes.

Balances Diferenciales Balances Integrales

Reglas para simplificar un balance de materia

Si la cantidad balanceada es la masa total: generación=0 y consumo=0. Excepto en la reacciones nucleares, es imposible crear o destruir la masa. 

Si la sustancia balanceada es una especie no reactiva: generación=0 y consumo=0.

Si un sistema se encuentra en estado estacionario: acumulación=0, sin importar lo que se esté balanceando.

Balances de procesos continuos en estado estacionario

Acumulación es cero (proceso continuo en estado estacionario)

Entrada + Generación = Salida + Consumo

Si se realiza un balance de una especie no reactiva o de la masa total

Entrada = Salida

Balance en un proceso de destilación continua

Balances Integrales en un proceso intermitente (por lotes)

Entradas + Generación – Salidas – Consumo = AcumulaciónBalance de amoniaco

Generación - Consumo = AcumulaciónPor definición de acumulación

Acumulación = Salida Final – Entrada Inicial

Generación + Entrada Inicial = Consumo + Salida Final

Balance en un proceso de mezclado intermitente

Balances integrales en procesos semicontinuos y continuos

Diagramas de flujo

Ejemplo

Sugerencias para marcar los diagramas de flujo

Diagrama de flujo de un proceso de humidificación y oxigenación de aire

Escala del diagrama de flujo y base de cálculo

Escala aumentada del diagrama de flujo de un proceso de separación

Balance de un proceso

Balances de una unidad de mezclado

Elija una base de calculo y después dibuje y marque el diagrama de flujo.

Exprese lo que el problema le pide determinar en términos de las variables marcadas en el diagrama de flujo.

Cuente las variables desconocidas y las ecuaciones que la relacionan.

Describa el procedimiento de la solución. Balance de NaOH Balance de masa Total. Volumen de agua de dilución. Proporciones que pide el enunciado del

problema

Análisis de grados de libertad

n df = n incógnitas – n ecuaciones independientes

Las ecuaciones se derivan de:

Ejemplo de análisis de los grados de libertad

Procedimiento general para calcular un balance de materia en procesos de

unidades únicas1. Elija una base de calculo una cantidad o velocidad de flujo

de una de las corrientes del proceso.2. Dibuje un diagrama de flujo y anote en el valor de todas las

variables conocidas, incluyendo la base de calculo. Después marque en el diagrama todas las variables desconocidas.

3. Exprese lo que el enunciado del problema pide en términos de las variables marcadas.

4. Verifique la homogeneidad de las unidades de los flujos de las corrientes.

5. Análisis de los grados de libertad6. Si ndf=0, escriba las ecuaciones en orden eficiente.7. Resuelva las ecuaciones.8. Calcule las cantidades que solicita el problema si no se

calculo con anterioridad.

Balance de materia en una columna de destilación