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Clase 1 balance de masa
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FUNDAMENTOS DE PROCESOS AMBIENTALES Juan Pablo Silva Vinasco
PROCESOS AMBIENTALES
Biopelícula
Difusión Contaminante
Sedimentación Lixiviación
Dispersión
PROCESOS AMBIENTALES
Desinfección
Espesado de Lodos
ANALISIS DE PROCESOS AMBIENTALES
LEY CONSERVACION DE MASA Y ENERGIA
CINETICA REACCIONES
DISEÑO
INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO
MODELACIÓN Y SIMULACIÓN
ESCALAMIENTO TERMODINÁMICA
HIDRAULICA DE REACTORES
METABOLISMO MICROBIANO
QUIMICA
OBJETIVO GENERAL
n Brindar al estudiante los fundamentos teóricos que se requieren para la comprensión de los procesos físicos, químicos y biológicos que ocurren en el medio ambiente y su aplicación en el diseño de tecnologías de prevención y control de la contaminación ambiental.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS n Articular los principios teóricos de las ciencias
ambientales y de Ingeniería al estudio de los procesos químicos, biológicos y físicos que inciden en la liberación, circulación y transformación de sustancias contaminantes en el ambiente.
n Mejorar la comprensión de la importancia del principio de la ley de conservación de la masa y del estudio de reactores en el diseño de sistemas de remediación de la contaminación ambiental.
n Ofrecer los principios básicos aplicados en la simulación y modelación de sistemas ambientales sencillos como herramienta de comprensión y análisis en el estudio de problemas de contaminación ambiental.
OBJETIVOS INSTRUCCIONALES
n Resolver Balances de masa en diferentes sistemas ambientales.
n Explicar y aplicar conceptos relacionados con la cinética y comportamiento hidrodinámico de reactores
n Aplicar los conceptos de transferencia de masa en sistemas naturales como de ingeniería.
n Identificar los diferentes procesos que se dan en los sistemas ambientales y su aplicación en el control de la contaminación.
n Resolver modelos ambientales sencillos basados en el principio de conservación de la masa y procesos ambientales para simular diferentes impactos ambientales o tecnologías de tratamiento.
CLASE 1 BALANCE DE MASA
Juan Pablo Silva V.
LEY DE CONSERVACIÓN DE LA MASA “ La masa ni se crea ni se destruye ”
n Principio aplicable a la descarga de contaminantes en los Ecosistemas y en unidades de Tratamiento de la Contaminación.
¨ Lago - Corriente Superficial -Reactores o Sistemas de Tratamiento Reservorio - Estuario
¨ Relleno Sanitario: Producción lixiviados-Biogás ¨ Estimación de Emisiones atmosféricas- Control
Contaminación Atmosférica
BALANCE DE MASA
“Descripción cuantitativa de todos los mate r ia les que En t ran , Sa len , Reaccionan y se acumulan en un sistema con límites físicos definidos llamado VOLUMEN DE CONTROL”
ENUNCIADO DEL BALANCE DE MASA
Flujo Convectivo Entrada
Flujo Convectivo Salida
Difusión Entrada
Difusión Salida
ENUNCIADO DEL BALANCE DE MASA
Velocidad de Acumulación de Masa
Velocidad Neta de Transporte de Masa
Velocidad Neta de Transformación de Masa
= +
Acumulación de masa =
Flujo másico de Entrada
-Flujo
másico de Salida
+ Cantidad de masa
Generada -
Cantidad de masa
Consumida
Cambio de Masa en el
sistema con el tiempo
Llega al sistema
Abandona el sistema Formación Desaparición
Entrada Salida
Límite del sistema
Figura 2
Acumulación
Transformación
TERMINOS DEL BALANCE DE MASA
n Velocidad de Acumulación: (dM/dt) n Velocidad neta de transporte de masa
¨ Flujo másico total M = Q*ρ ¨ Flujo másico por componente Mi = Q*Ci ¨ Difusión de Componentes J= -D*(dc/dx)
TERMINOS DE LA ECUACIÓN DE BALANCE
n Velocidad neta de transformación de masa
Rp =rp V Rr = rr V
aA + bB cC
ESTRATEGIA DEL BALANCE DE MASA
n Convertir el enunciado del problema a un esquema. n Definir un volumen de control. n Identificar las entradas y salidas de masa del
volumen de control y/o donde puede consumirse o generarse masa.
n Construir el enunciado matemático, teniendo en cuenta las simplificaciones necesarias.
n BALANCE DE MASA aplica a cantidades conservativas: ¨ CAUDALES ¨ MASA ¨ MOLES
¨ Caudal de Entrada = Caudal de Salida = Qconstante??!! ¨ Volumen de control no se evapora (condiciones isotérmicas) ¨ Mezcla completa en el reactor ¨ Reacción química involucrada dentro de reactor, que afecta al
reaccionante C. ¨ La velocidad de cambio de concentración del reaccionante viene
gobernada por una reacción del tipo rc = -kC.
reacción
acumulación
Qo
Co
Q1
C1
Volumen de Control
Figura 1
ESTRATEGIA DEL BALANCE DE MASA
n Balance de Masa Total
1
1
11
!n!acumulacióhay no ;0 ioestacionar estadoEn
)(
sale masa flujo entrada masa flujo
QQdtdM
QQdtdV
QQdtVd
dtdM
o
o
oo
=
=
−=
−=
−=
ρρρ
ESTRATEGIA DEL BALANCE DE MASA
n Balance para un contaminante
Masaentra Masa sale dtdM
VrVrQCQCodtdVC
dtdCV
tm
cp −+−=+=∂
∂
C= concentración del compuesto en tiempo t. Co= concentración inicial del compuesto. V= volumen del reactor. Q= caudal o descarga. t= tiempo. rp= velocidad de reacción de productos. rc= velocidad de consumo de compuestos.
ESTRATEGIA DEL BALANCE DE MASA
n Cuando el contaminante no reacciona
QCQCodtdVC
dtdCV
tm
−=+=∂
∂
n Cuando el volumen es constante y el contaminante no reacciona
QCQCodtdCV
tm
−==∂
∂
n Cuando el volumen es constante y prevalece el estado estacionario
VrVrQCQCo cp −+−=0
Recurso Virtual
http://www.showme.com/sh/?h=ZBZC03M