Balance-de-Masa.docx

7/17/2019 Balance-de-Masa.docx

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Balance de MasaEl balance de masa es una expresión de la conservación de la materia, también se lo conocecomo balance de materia. La transferencia de masa se produce en mezclas que contienendiferentes concentraciones locales. Por ejemplo, cuando se echa una gota de tinta en un cubode agua, el proceso de transferencia de materia es el responsable del movimiento de lasmoléculas de tinta a través del agua hasta alcanzar el equilibrio conseguir una concentración

uniforme. La materia se mueve de un lado a otro bajo la influencia de una diferencia o gradientede concentración existente en el sistema. Esta expresión establece que la suma de lascantidades o concentraciones de todas las especies que contienen un !tomo particular "o grupode !tomos# debe ser igual a la cantidad de ese !tomo "o grupo de !tomos# introducidos en elsistema. El balance de masa es una expresión que se refiere realmente a la conservación delos !tomos, no de la materia propiamente dicha.Las principales aplicaciones de los balances son$

• Estudios de operaciones b!sicas

• Proectar plantas industriales

• %omprobación funcionamiento de los procesos "existencia de posibles fugas#

TIPOS DE ALIMENTACIÓN EN LOS PROCESOS

Proceso por lotes y ejemplos&e encarga de la alimentación a un sistema al inicio del proceso, elimin!ndose posteriormentelos productos de una sola vez.Ejemplo$ el proceso de formulación de un jugo, donde seagregan los ingredientes como son la pulpa, az'car !cido c(trico se mezcla por un tiempopara tener como producto un jugo formulado.

Proceso continuoLas entradas salidas fluen continuamente a lo largo del proceso, es decir, la cantidad demateria por unidad de tiempo es constante tanto en la entrada como en la salida, como encualquier punto del proceso.Por ejemplo, el proceso de llenado, enfriado empacado de un jugo.

Definición del régimen permanente y régimen intermitente o transitorio&i los valores de todas las variables de proceso "temperatura, presión, volumen, flujom!sico,etc.# en un punto dado del proceso no sufren modificaciones a lo largo del tiempo, aexcepción de peque)as fluctuaciones alrededor de los valores medios constantes, se dice queel proceso est! operando en régimen permanente.&ea algunas de las variables cambia su valor con el tiempo, se dice que existe una operación o proceso a régimen transitorio, ésta seproduce en las puestas en marcha en cambios intencionales de las condiciones del proceso.

Ejemplos de balance de masas$



Fig. Balances de masa en una columna de rectificación.

Objetivos del Balance de Masa

*. +efinir un sistema establecer las fronteras del mismo para las cuales se har! elbalance de materia.

. Explicar la diferencia entre un sistema abierto un sistema cerrado.

-. Escribir el balance general de materiales en palabras, incluendo los términos. &ercapaz de aplicar el balance a problemas sencillos.

. %itar ejemplos de procesos en los que no ha acumulación, en los que no hageneración ni consumo ni flujo de masa de entrada salida.

/. Explicar las circunstancias en que la masa de un compuesto que entra en el sistema esigual a la masa del compuesto que sale del sistema, lo mismo en el caso de los moles.

Los problemas del balance de materiales consisten de los mismos elementos b!sicos, aunque

la resolución puede darse por métodos que difieren en su aplicación. El balance de materialespuede aplicarse a un proceso, como un balance general de la masa que entra la masa quesale0 o bien, puede aplicarse a las partes intermedias de un procedimiento continuo. En



general, para cualquiera de estos sistemas, se requieren datos relativos a la entrada a lasalida de masa. 1lgunos datos son la masa en todas las corrientes del material que entra saledel sistema, as( como del que se encuentra presente en éste, también se debe tenerinformación respecto a la composición de todas las corrientes que entran salen del sistema sobre la composición del material dentro de él

LEY DE LA CONSERVACIÓN DE LA MASA

El balance de materia de una reacción qu(mica se basa en la le de la conservación de lamateria o la ecuación de la continuidad, la cual fue enunciada por 1ntoinne Lavoisssier. 2Lasuma de las masas de las sustancias reaccionantes es igual a la suma de las masas de losproductos3. La materia no se crea ni se destrue, sólo puede ser transformada.4n balance de materia para el componente en el sistema tendr! los siguientes términos$

Es decir, lo que entra al sistema del componente i, unido a la masa de i que aparece porreacciones qu(micas en el interior del sistema, debe salir o de lo contrario se est! acumulandoen su interior.los terminos de la ecuación anterior tienen dimensiones de masa, como gramos, 5ilogramos,gramos mol, si el proceso es continuo o permanete.&i es as(, el valor de la masa estar!variando con la unidad de tiempo, independientemente de cu!l sea la unidad.

En los sistemas continuos o permanentes la acumulación es igual a cero.En los sistemas sinreacción qu(mica, la producción es igual a cero.Para los sistemas llamados cerrados, lasentradas salida son igual cero.

Esta ecuación general de balance puede escribirse para cualquier sustancia que salga decualquier proceso, para cualquier especie atómica "balance parcial de para las masas totalesde los flujos de entrada salida "balance total de masa#.

CONCEPTOS BSICOS

%67%EP86& 947+1:E781LE&

Existen una diversidad de conceptos fundamentales que debemos definir para una mejorcomprensión al momento de efectuar un balance de materia de un proceso, primero ha queespecificar en qué consiste el sistema para el cual se har! el balance establecersus fronteras, dar un concepto a estos términos$$

P!oceso" es una serie de acciones, operaciones o tratamientos que producen un resultadoo producto. La ;ngenier(a qu(mica se centra en operaciones como$ reacciones qu(micas,transporte de fluidos, transporte de calor, destilación dem!s cosas que causan cambiosf(sicos qu(micos de los materiales.



Proceso de Elaboración de la cerveza

Siste#a" se refiere a cualquier porción arbitraria o a la totalidad de un proceso establecidoespec(ficamente para su an!lisis.Fronteras del sistema: se circunscribe formalmente alrededor del proceso a fin de subraar la importancia de delinear cuidadosamente el sistema para cada uno de los problemas queintente resolver.



Los sistemas para el balance de masa pueden clasificarse de acuerdo al intercambio demateria a través de su frontera, pueden ser$

• &istema 1bierto$ Es aquel en que se transfiere material por la frontera del sistema.

• &istema %errado$ 4n sistema cerrado es aquel en el que no tiene lugar unatransferencia semejante durante el intervalo de tiempo de interés. 6bviamente, si cargamos unreactor con los reactivos sacamos los productos, se designa al reactor como el sistema, setransferir! material a través de la frontera del sistema, pero podemos ignorar la transferencia concentrar nuestra atención exclusivamente en el proceso de reacción que ocurre sólo despuésde que se ha terminado de cargar los reactivos antes de retirar los productos.

Clasi$icaci%n de los &!ocesos

<as!ndose en la dependencia o no con respecto del tiempo, un proceso puede clasificarsecomo$

• Proceso en estado estacionario$ aquel cuo estado "variables que interviene en elmismo# no cambia en el tiempo o sus variaciones son despreciables durante un intervalo detiempo suficientemente amplio.

• Proceso en régimen transitorio$ aquel cuo estado varia en el tiempo, haciendo que losvalores de las variables involucradas presenten cambios significativos en su din!mica.



PROCEDIMIENTO PARA RESOLVER 'N BALANCE DE MASAS

*. =epresentar un diagrama de flujo o bloques rotular con todos los valores de las variablesconocidas.. Elegir una base de c!lculo con cantidad o flujo de las corrientes de proceso.-. =otular las variables desconocidas en el diagrama, en particular flujos de masa molares decomponentes de las corrientes.. %onvertir vol'menes o flujos volumétricos a cantidades m!sicas o molares, empleandodensidades tabulares o lees de gases./. >omogenizar unidades "si el problema mezcla unidades de masa molares en unacorriente#.?. 8raducir a ecuación cualquier información que no se haa empleado en el diagrama de flujo.@. 9ormular las ecuaciones de balance de masa.A. %alcular las incógnitas colocar los valores en el diagrama.B. %orregir el diagrama si se usó como base de c!lculo un diferente del valor de las corrientesdel proceso.

Sistema general para el cual se debe hacer un balance de masa.

La ecuación expresa con palabras el concepto del balance de masa.



En la ecuación, el término acumulación dentro del sistema se refiere a un cambio de masa o demoles "positivo o negativo# dentro del sistema respecto al tiempo, en tanto que la transferenciaa través de las fronteras del sistema se refiere a las entradas salidas del sistema.

El balance de materia se puede referir a un balance en un sistema para$

*. La masa total.

. Las moles totales.

-. La masa de un compuesto qu(mico.

. La masa de una especie atómica.

/. Las moles de un compuesto qu(mico.

?. Las moles de una especie atómica.



COMO ESCO(ER 'NA BASE DE CLC'LO

%omo siempre se puede cambiar la escala de un proceso balanceado, los c!lculos de balancede materia pueden efectuarse sobre la base de cualquier conjunto conveniente de cantidadesde los flujos o de las velocidades de flujo, después se puede cambiar de escala el resultado,tanto como se quiera. 1l balancear un proceso se escoge una cantidad "masa o moles# o unavelocidad de flujo m!sico o molar de un flujo o de un componente del flujo, como base dec!lculo0 todas las incógnitas se determinan, entonces, de manera que sean consistentes conesta base.

&i una cantidad de un flujo o una velocidad de flujo es un dato del enunciado, suele serconveniente usar esta cantidad como base de c!lculo. &i no se conocen las cantidades de losflujos o las velocidades de flujo, ha que suponer una0 en éste caso, se escoge un flujo con una

composición conocida si ésta 'ltima es fracción m!sica, la base ser! una masa pero si esfracción molar la base ser! n'mero de moles.

1 continuación se muestra un v(deo acerca de los balances de masa.



RESOL'CIÓN DE PROBLEMAS DE BALANCE DE MATERIA EN LOS)'E NO INTERVIENEN REACCIONES )'*MICAS+

4na alternativa para resolver los problemas encontrados en el balance de masa, inclue elelaborar programas con hojas de c!lculo, las cuales proporcionan una forma de almacenar,analizar organizar los datos numéricos, a través del uso de unas cuantasfunciones b!sicas, el manipular los datos de entrada resultantes, mediante el uso espec(ficode tablas que incluen la incorporación de las propiedades cuantitativas de las especiesinvolucradas en la transformación, adecuación contabilidad de materiales.

1l llevar a cabo un balance de materiales es 'til conveniente efectuar varios pasospreliminares, los cuales son flexibles pueden modificarse de acuerdo con el estilo de an!lisisque se desarrolle. El conocer manejar las operaciones o procesos unitarios es b!sico parallevar a cabo las transformaciones, procesamiento o tratamiento de la materia prima lo cualinvolucra la contabilidad de materiales en donde una herramienta indispensable usada es la

diagramación de las 64 o P4 involucrados en un sistema de manufacturas de bienes einclusive de servicios.

Balance de #asa total

En la unidad de tratamiento de desechos de una planta, un espesador elimina agua de loslodos h'medos de aguas residuales como se muestra en la figura. C%u!ntos 5ilogramos deagua salen del espesador por cada *DD 5g de lodos h'medos que ingresan El proceso est! enestado estacionario.

&olución<ase de calculo$ *DD Fg de lodos secos

El sistema es el espesador "un sistema abierto#. 7o ha acumulación, generación ni consumo.

El balance de #asa total es

Entra G &ale

*DD Fg G @DFgHFg de agua

Por tanto, salen -D Fg de agua.



Se&a!aci%n ,tili-ando Me#b!anas

Las membranas representan una tecnolog(a relativamente nueva para separar gases. 4naaplicación que ha llamado la atención es la separación de ox(geno nitrógeno del aire. La

figura ilustra una membrana con poros del orden de *DIJB m que se fabrica aplicando unrecubrimiento mu delgado de pol(mero a una capa de soporte de grafito poroso. C%u!l es lacomposición del flujo de desecho si éste equivale al ADK de la entrada

ste es un proceso en estado estacionario sin reacción qu(mica, as( que el término deacumulación los términos de generación consumo de la ecuación son iguales a cero. Elsistema es la membrana. &ea x6 la fracción molar del ox(geno x7, la fracción molar delnitrógeno, sean n6 n7 los moles respectivos.

Pasos *,,- $ 8odos los datos s(mbolos se han colocado en la figura.

Paso /$ Escoger una base de c!lculo conveniente.

<ase G *DD g mol G 9

1hora sabemos que M G D.AD" *DD# G AD mol.

Paso ?$ >a tres incógnitas$ P, x6 x7, o bien P, n6 n7.

Paso @ $ +os balances independientes son los balances de ox(geno de nitrógeno, a seacomo elementos o como compuestos.

El tercer balance independiente es$

x6 H x7 G *.,

o bien P,

n6 n7 G AD.

Los <alances por componente son$



La solución de estas ecuaciones es

x6GD.D,

x7GD.AD

P G D g mol

4n c!lculo m!s simple implica el uso del balance total el balance de un componente porque$

9GP H M o sea *66G PHAD

nos da P G D directamente.

Paso *D Nerificación. Podemos usar el balance total como verificación de la solución a partir delos balances de los dos componentes.

*DD G D H AD correcto

Secado

4n secadero se alimenta con una suspensión acuosa de pulpa de papel, con un ?,@K en pesode sólido seco. El sólido que abandona el secadero contiene el **K en peso de agua. &i elsecadero elimina @/ DDD 5gOh de agua, Ccu!l ser! la producción diaria de pulpa de papel conun **K en peso de agua



El sistema mencionado puede representarse esquem!ticamente mediante el siguientedispositivo experimental$

>a dos componentes en este sistema, el sólido seco el agua. El sistema es estacionario noha reacciones qu(micas. En consecuencia, los balances de materia se pueden realizarindistintamente en unidades m!sicas o molares.

4n balance global "todos los componentes a la vez# de materia en el secadero, en FgOd,conduce a$

DG*JJ-

DG*JJ@/DDDFgOhQhO*d

*JG@/DDDHFgOd

Por otra parte, un balance de sólido seco en todo el secadero, en FgOd, conduce a$

DGD,D?@*JD,ABJD

*GD,ABOD,D?@ G *-,A FgOd

&ustituendo este valor de * obtenido en la ecuación anterior en el balance global, puederesolverse el sistema de ecuaciones se obtiene que$ * G * B? /-@ FgOd G *? /-@FgOd

En consecuencia, la producción diaria de pulpa de papel solicitada ser! de G *? /-@ FgOd.

En la siguiente tabla se los caudales m!sicos totales de componentes de cada una de lascorrientes del sistema$



Destilaci%n contin,a

4n industrial que fabrica por primera vez alcohol para gasohol ha tenido ciertos problemas conuna columna de destilación .La operación se muestra en la figura. Los técnicos creen que sepierde demasiado alcohol en las colas"desperdicio#. %alcule la composición de las colas lamasa de alcohol que se pierde en ellas.

&upondremos que el sistema est! en estado estacionario, luego no ha reacción por lo tanto$

Entra G &ale en Fg

Etapas de desarrollo$

• Pasos *,,-,. 8odos los s(mbolos datos conocidos se han colocado en la figura. Elproducto P G *DD Fg "*O*D de la alimentación#

• Paso /. Escogemos como base de c!lculo la alimentación dada

<ase de c!lculo$ 9 G *DDD Fg de alimentación

• Pasos ?,@,A. Las incógnitas son la composición en agua alcohol de la cola dedestilación.>a dos ecuaciones independientes de balance dos incógnitas

• B. se resuelven las ecuaciones



9 G P H <

< G 9 R P

< G *DDD R *DD G BDD Fg

%omo verificación puede usar el balance total para calcular < ó el balance del alcohol paracalcular su masa

Eje!cicios De A&!endi-aje

C!istali-aci%n

4n tanque contiene *D,DDD 5g de una disolución saturada de 7a,%6, a -DS%. Tueremoscristalizar de esta disolución -DDD 5g de 7a%6-Q*D >6 sin agua en exceso. C1 quétemperatura es preciso enfriar la disolución

=ta$ ?S%



Ejemplos en >ss;78=6+4%%;67

=eacción de conversión

>U&U& permite la simulación de procesos qu(micos con reacciones de varios tipos. En lareacción de conversión se especifica, adem!s de su estequiometr(a, el componente base, lafase en que se realiza la reacción una ecuación polinómica para calcular la conversión enfunción de la temperatura de la reacción. &i la conversión es independiente de la temperaturase especifica la conversión con solo el término constante del polinomio función de temperaturaEn un reactor donde se realizan un sistema de 7 reacciones de conversión en paralelo, losflujos de salida de cada uno de los componentes en el sistema se pueden calcular mediante unbalance de materia, asignando una conversión "V# para cada una de las reacciones considerando sus coeficientes estequiométricos "W# positivos para los productos negativospara los reaccionantes escribiendo las reacciones con coeficiente estequiométrico de uno para

cada reactivo l(mite " l #. &i ha un componente inerte su coeficiente estequiométrico es cero Elbalance de materia para cada componente se puede escribir, por lo tanto, de lasiguiente manera$

&iendo p, el s(mbolo correspondiente a la corriente producto, i, el de la corriente de entrada, 5,el que representa a cada uno de los componentes l"r# el componente l(mite en la reacción r La ecuación "**.*# expresa que el flujo en la corriente producto de un componente es igual a su

flujo de entrada mas la sumatoria de lo producido en cada reacción menos lo consumido encada reacción

6peración X&et3

La operación X&et3 se utiliza para establecer el valor de una variable de proceso espec(ficamediante una relación lineal con otra variable de proceso. La relación es entre las mismasvariables de proceso en dos objetos similares0 por ejemplo, la temperatura en dos corrientes oel 41 en dos intercambiadores de calor. La operación puede emplearse tanto en simulaciónestacionario como din!mica La variable dependiente u objetivo se define en términos de lavariable independiente o fuente de acuerdo a la siguiente relación lineal

Eje#&lo ./s/s6<YE8;N6&*.*. >acer un balance global de materia entre dos corrientes manteniendo constante el flujo demateria*.. 1nalizar las especificaciones de las corrientes balanceadas su influencia en suscondiciones*.-. Nerificar algunos c!lculos de flujos desarrollados por >U&U&.

6peración <alance de masa o X:ass <alance3

Esta operación desarrolla un balance global donde solamente se conserva el flujo m!sico. 4naaplicación es el modelamiento de reactores con estequiometr(a desconocida disponiendo delos an!lisis de todos los alimentos productos. &i se especifican las composiciones de todaslas corrientes el flujo para todas excepto una de las corrientes conectadas, la operaciónX:ass <alance3 determinar! el flujo de la corriente desconocida. Esto es una aplicación mu



com'n en unidades de alquilación, hidrotratadores otros reactores no estequiométricos.*. +eben especificarse las composiciones para todas las corrientes. El flujo debe especificarse para todas las corrientes excepto una de ellas. >U&U&determinar! el flujo de dicha corriente mediante un balance de masa-. La operación :ass <alance determina las masas equivalentes de los componentes que sehan definido para las corrientes de entrada salida de la operación.

. Esta operación no traslada presión ni temperatura

O&e!aci%n Mole Balance

Esta operación desarrolla un balance global de moles sobre unas corrientes seleccionadas sinhacer balance de energ(a. Puede usarse para establecer balances de materia en secciones deldiagrama de flujo o para transferir el flujo composición de una corriente de proceso en unasegunda corriente.*. La composición no necesita especificarse en todas las corrientes. 7o tiene consecuencias la dirección del flujo de la corriente desconocida. >U&U& calcular!el flujo molar del alimento a la operación basado en loespecificado para los productos o viceversa -. Esta operación no traslada presión nitemperatura

%1&6& +E E&84+;6

<1L17%E +E :1&1

En el siguiente ejemplo todos los componentes de una corriente gaseosa X1limento3 seconvierten a propano puro en la corriente de salida XProducto. &eleccione a la ecuación Peng=obinson los siguientes componentes$ metano, etano, propano, iJbutano, nbutano, iJpentano,nJpentano, nJhexano, nJheptano nJoctano. Especifique la corriente X1limento3 de la siguientemanera$

Pesta)a Mor5sheet J P!gina %onditions

7ombre$ 1limento9racción de vapor$ *.D8emperatura$ ?DS%Presión$ DDD 5Pa9lujo :olar$ *DD 5gmoleOhr

Pesta)a Mor5sheet J P!gina %omposition "9racción :ol#

:etano$ D.B@*Etano$ D.D/*?Propano$ D.D*AiJ<utano$ D.DD?nJ<utano$ D.DDD

iJPentano$ D.DD*DnJPentano$ D.DDD?nJ>exano$ D.DDD*nJ>eptano$ D.DDD*nJ6ctano$ D.DDD*

Especifique la composición de la corriente XProducto3 como *DD K en Propano. ;nserte unaoperación de balance de masa o X:ass <alance3. En la pesta)a X%onnections3 de la ventanade propiedades de la operación <alance, introduzca la corriente X1limento3 como corriente deentrada o X;nlet &tream3 como corriente de salida o X6utlet &tream3 la corriente XProducto3.6bserve la ventana de propiedades del botón X<1LJ*X de la 9igura *.

>aga clic en la pesta)a XParameters3 seleccione la opción :asa o X:ass3 como el tipo de

balance o X<alance 8pe3. El balance resuelto corresponde a la siguiente ecuación$



9igura *. %onexiones al botón de balance de masa

La 9igura muestra al botón <1LJ* mediante el cual se calculó el flujo molar de la corrienteXProducto3 para el mismo flujo m!sico de la corriente X1limento3 En el balance global de masa,el flujo m!sico de la corriente X1limento3 es igual, es decir, trasladado a la corriente XProducto3como se observa en la 9igura -. El flujo molar el flujo volumétrico de l(quido son calculadosteniendo en cuenta la composición especificada de la corriente XProducto3 "9racción mol depropano uno#La corriente XProducto3 se encuentra subespecificada. CPor qué %alcule compruebe el flujovolumétrico. 1gregue algunas condiciones para una especificación completa de la corriente

XProducto3.



9igura . <alance global de masa entre dos corrientes

BALANCE DE MOLES

En el siguiente ejemplo, el balance en moles se usar! para crear una corriente que tiene lamisma composición molar el mismo flujo de otra corriente pero a una diferente presión temperatura 1bra un nuevo caso seleccionando los componentes metano, etano, propano, iJbutano, nJbutano, iJpentano, nJpentano, nJhexano elija a la Ecuación de Peng =obinson para el c!lculode las propiedades.;nstale una corriente de nombre XZas3 e introduzca las siguientes especificaciones

Pesta)a Mor5sheet J P!gina %onditions

7ombre$ Zas.8emperatura$ *D S%

Presión$ -B-D 5Pa9lujo :olar$ -D 5gmoleOh

Pesta)a Mor5sheet J P!gina %ompositions "9racción :ol#

:etano$ D.A-@Etano$ D.*-DPropano$ D.D@iJ<utano$ D.D*D*nJ<utano$ D.DD/BiJPentano$ D.DD*?nJPentano$ D.DDDBnJ>exano$ D.DDD

&eguidamente, instale una corriente de material de nombre X=ocio3 sin especificar ningunainformación para ella en este punto. 1hora instale una operación <alance en la pesta)aX%onnections3 anexe las corrientes como se muestra en la 9igura .

9igura -. =esultados del <alance de masa



9igura . %onexiones para la 6peración balance de moles

>aga clic en la pesta)a XParameters3 seleccione la opción X:ole3 en la sección donde seselecciona el tipo de balance o X<alance 8pe3>aga clic en la pesta)a XMor5sheet3 observe en la 9igura /, que el <otón <1LJ ha

trasladado los datos correspondientes a los flujos de la corriente XZas3 a la corriente X=ocio3 si se despliega la p!gina X%omposition3 se observa que también ha trasladado la información

sobre las concentraciones. La corriente no muestra información de temperatura, presión ofracción de vapor requerida para completar su especificación.

9igura /. <alance de moles entre las corrientes XZas3 X=ocio3

1hora se puede estimar la temperatura de roc(o de la corriente X=ocio3, a una presiónespecificada "*.@ psia#, introduciendo el valor correspondiente para la fracción de vapor "D.DD#



como se observa en la 9igura ?.

9igura ?. +eterminación de la temperatura de roc(o a *.@ psia

%ambie las especificaciones que se requieran para determinar la temperatura de burbuja de lacorriente X=ocio3 a una determinada presión. CPor qué no son, siempre iguales a la de lacorriente XZas3

Eje!cicio P!0ctico&e piensa desalinizar agua de mar por ósmosis inversa usando elproceso mostrado en lafigura. 4tilizando los datos del diagrama,calcular$a# La velocidad de extracción de salmuera dedesperdicio.b# La velocidad de producción de agua desalinizada.c# La fracción de salmuera que

sale de la celda de ósmosis paraser recirculada.Balance de materia con recirculación 1 continuación se presenta un documento que indica el tipo de balances de masa que se puedeencontrar

Balance de #ate!ia+&d$

• +etails

• +onload

• -B F<

Ejemplo .

Ejemplo -

%onsidere un reformador de gas de sistsis cuo alimento requiere una relacion fija entreloscomponentes metano agua. La corriente :etano contiene principalmente, matano trazas de

otros componentes. La corriente 1gua contiene agua pura. Las corrientes:etano 1gua secombinan para crear la corrient llamada 1limentacion.

http://www.scribd.com/doc/88794481/Balance-de-materia-con-recirculacion

http://procesosbio.wikispaces.com/file/view/Balance%20de%20materia.pdf/352143408/Balance%20de%20materia.pdf

http://procesosbio.wikispaces.com/file/detail/Balance%20de%20materia.pdf



http://procesosbio.wikispaces.com/file/detail/Balance%20de%20materia.pdf


http://www.scribd.com/doc/88794481/Balance-de-materia-con-recirculacion



*. 1bra un nuevo caso, defina el siguiente paquete$[%omponentes$%*,%6, %6, >6[Paquete de propiedades$ Peng =obinson. %rear una corriente de materia con la siguiente informacion$[7ombre$:etano

[8emperatura DS%[Presión @DDD Fpa[9lujo *D,DDD FgmoleOhr [%omposición

-. %rear otra corriente de materia con la siguiente informacion$[7ombre$ 1gua[8emperatura DDS%[Presión @DDD FPa[%omposición

. %rear una corriente de materia de salida con la siguiente informacion$[7ombre$1limentacion[Presión @DDD FPa

/. 1hora agregar la 6peración X<alance3.1gregar la operación logica X<alance3, agregar lasiguiente informacion en la pesta)a %onnections, tal como se muestra en la figura



?. >aga clic5 en la pesta)a Parameters en la seccion 8pe <alance seleccione laopcionXZeneral3 como se muestra a continuacion$

@. >aga clic5 en el boton 1dd =atio para desplegar la ventana de titulo =atioJ* modifiquelaintroduciendo los datos que aparecen en la figura.

>U&U& realizara los calculos correspondientes completara la operacion. Lasespecificacionesresultantes de las corrientes aparecen resumidas en la figura. 6bserveque las fracciones

molares de metano agua en la corriente 1limentacion son ambosiguales a D.AA,satisfaciendo asi la especificacion sobre la relacion entre ellos.



El diagrama final de la operacion <alance Zeneral realizada entre las corrientesconsideradasse muestran a continuacion.

Eje#&lo 1

* 5molOhr de una corriente que contiene$[<enceno "D molK#[8oluene "-D molK#[6Jxlene "-D molK#%onsidere una operación adiab!tica que no ha ca(da de presión.&etrabaja a * atm.

Para lograr lo anterior se emplea eltanteo o la función ajuste que var(ela temperatura de lacorriente dealimentación "1djusted variable#hasta obtener un flujo m!sico del(quido "8argetNalue# de ?.B 5gOh.+e la paleta de objetos seleccionar lafunción de ajuste abrir el visor de laoperación.



%lic en el botón &elect Nar\paraseleccionar la temperatura de lacorriente de alimentación"1djustedvariable#.&eleccionando la Nariable1justable o Nariableindependiente

Luego se selecciona la Nariabledependiente con el botón &electNar..+e la variable objetivoodependiente "tarjet Nariable#



4na vez seleccionadas las variables sedebe escoger la fuente de la variabledependiente paralo cual >ss tiene -opciones. En &ource seleccione una delas opciones

4ser &upplied$ se especifica el valorque el usuario quiere fijar la 8argetNariable "variabledependiente# eneste caso ?.B 5gOh



Luego de intentar varias veces deajustar los par!metros de laoperación 1juste se logralaconvergencia

Ejemplo

Puede recuperarse acetona de un gas portador, disolviéndola en una corriente de agua pura enuna unidad llamada absorbedor. En el diagrama de flujo de la figura, DD molOh de una corrientecon DK de acetona se tratan con *DDD molOh de una corriente de agua pura, lo que produceun gas de descarga libre de acetona una solución de acetona en agua. &upóngase que el gasportador no se disuelve en agua. =ealice la tabla de grados de libertad, exprese las ecuaciones

de balance de materia calcule todas las variables de corrientes desconocidas.

•

Para resolver el balance anterior comenzaremos creando una simulación con lo siguiente$o &istema de unidades$ 9lujo molar en gmolOh.



o %omponentes$ acetona "acetone#, agua "ater# aire "air#. &i bien el problema dice gas,nosotros lo modelaremos como aire. 1 fines pr!cticos no ha diferencias.o Paquete de fluidos$ no tiene importancia porque sólo realizaremos un balance de masa.;gualmente proponemos al alumno elegir un paquete acorde a fin de seguir desarrollandocriterios de selección.# 4na vez ingresado al ambiente de simulación, tendremos que crear corrientes con las

composiciones mencionadas. En el caso de la corriente &olución ver! que no es posibleasignarle D a la composición de aire dejar las otras vac(as. Por ahora dejar todas vac(as,luego nos encargaremos de eso.-# En la paleta de objetos hacemos clic5 en para agregar la herramienta de balances.

# >acemos doble clic5 en la unidad de balances "<1LJ*# aparecer! la siguiente ventana$



En la pesta)a %onnnections podemos cambiar su nombra a 1bsorbedor especificamos lascorrientes entrantes$ :ezcla Zas 1gua las corrientes salientes$ 1ire &olución.Pasando a la pesta)a Parameters seleccionar el tipo de balance, en este caso, :ole.



/# %omo podr!n observar la unidad nos arroja una advertencia de 7ot &olve. Esto se debe aque tenemos * grado de libertad. Ua que no pudimos especificar como D la composición delaire en la solución de salida. Este problema lo solucionaremos con otra operación lógicallamada 1djust.

1djust, permite ajustar una variable de alguna corriente para una variable objetivo tenga unvalor determinado. En nuestro caso la variable objetivo ser! la composición de aire en lasolución, cuo valor es nulo. Elegiremos como variable a modificar el flujo molar de aire quesale.?# >acer clic5 en el botón de la paleta de herramientas colocar la operación en el diagrama.@# +oble clic5 en ella, aparecer! la siguiente pantalla$



A# Primero seleccionaremos la variable a ajustar "1djusted Nariable#. Para ello hacer clic5 en&elect Nar\En la ventana, seleccionar la corriente 1ire, luego la variable a ajustar :olar 9lo.

U finalmente 6F.B# =epetimos el procedimiento con la variable objetivo "8arget Nariable#. En este caso ser! lacorriente &olución, la variable :aster %omp :ole 9raction el componente 1ir.*D# +onde dice &pecified 8arget Nalue "Nalor objetivo especificado# colocar D.**# Pasar a la pesta)a Parameters especificar las caracter(sticas de la iteración.*# 1'n as( no se resolver! el sistema, tenemos que darle un valor al flujo de aire para quecomience la iteración. %errar la ventana abrir la de la corriente 1ire, especificar una corrientede *DD gmolOh. =!pidamente se observar! como se ajusta al valor de *?D gmolOh. Esto quiere

decir que el ajustador est! activo el sistema resuelto.*-# Pueden verse los resultados del flujo de aire de las composiciones de la solucióninspeccionando las corrientes o bien la pestana Mor5sheet de la operación <alance.



Pero ahora vamos a aprender a colocar tablas de resultados$

%lic5 con el botón derecho en el fondo del diagrama de procesos e ir al final de la ventanadesplegable, a donde dice$ 1dd Mor5boo5 8able. 4na vez esto nos dar! a eligir el tipo de tabla.En este caso seleccionaremos %ompositions :aterial &treams. 1hora podemos visualizar los resultados.

*# %omparar resultados con los obtenidos cuando cursó <alances 9enómenos de8ransporte.

Ejemplo -La temperatura de un reactor de conversión de %6 puede moderarse mediante la inección deun exceso de vapor de agua. &uponga una alimentación de -DK de %6, DK de > /DK deagua a AD]%, que se convierte el BDK del %6. &e mantiene una temperatura de salida delreactor de DD ]% mediante el agregado de vapor adicional, la estequiometria de la reacciónes$

a# %alcule cu!nto vapor adicional a ?D]% ser! necesario "por mol de alimentación# paramantener la temperatura de salida del reactor a DD]%.b# %alcule los flujos de salida del reactor.

Para resolver este problema utilizaremos un tipo de reactor llamado %onversion =eactor. &eutiliza cuando se conoce cuanto de los reactivos se transforma en productos. Este tipo dereactor trabaja con reacciones de %onversión. Este tipo de reacciones no requiere ning'n tipode conocimiento termodin!mico ni cinético. &e debe especificar la estequiometria laconversión respecto a un reactivo.

La carga calórica en el intercambiador EJ*DD cumple la ecuación

E79=;1+6=E& E7 &E=;E



4na corriente X1limento3 que contiene hidrocarburos saturados, nitrógeno dióxido decarbonoa ?D S9 ?DD psia de flujo desconocido se quiere enfriar hasta J?D S9 mediante dosenfriadores en serie, EJ*DD EJ*D*. Las cargas calóricas las ca(das de presión en cada unode los intercambiadores de calor son *.x*D? <tuOh / psi en el EJ*DD /x*D? <tuOh / psi enel EJ*D*. &e requiere determinar el flujo molar a traves de los enfriadores la temperatura de la

corriente XEntradaEJ*D*3.La carga calórica en el intercambiador EJ*DD cumple la ecuación

La carga calórica en el intercambiador EJ*D* cumple con la ecuación

El flujo molar a través de los enfriadores es constante desconocido, el calor espec(fico sepuede asumir que también es constante pero es calculado por >U&U&, mediante la ecuación

utilizada en el paquete fluido. Por lo tanto, se tiene un par de ecuaciones con dos incógnitas, asaber, el flujo la temperatura de la corriente XEntradaEJ*D*3. >U&U& resuelve este tipo deproblema con la opción X:ole and >eat <alance3

1bra un nuevo caso, seleccione a los componentes nitrógeno, anh(drido carbónico, metano,etano, propano, iJbutano, nJbutano, iJpentano, nJpentano, nJhexano, nJheptano nJoctano ala Ecuación de Peng =obinson como el paquete de propiedades.

%6==;E78E +E 1L;:E781%;^7$;nstale una corriente de nombre X1limento3 con las siguientes especificaciones

E79=;1+6= EJ*DD$;nstale un enfriador de nombre EJ*DD e introduzca las siguientes especificaciones en la ventanade propiedades.



E79=;1+6= EJ*D*

;nstale un enfriador de nombre EJ*D* e introduzca las siguientes especificaciones en suventana de propiedades

%6==;E78E E79=;1+1

En la ventana de propiedades de la corriente XProducto3 introduzca el valor de J?D S9 para sutemperatura en la pesta)a XMor5sheet3 de su p!gina X%onditions3.

&e observa que ha insuficiente información para completar los balances de materia energ(a.El balance de calor puede completarse, solamente, si se conoce el flujo a través de lascorrientes. &in embargo, esto puede calcularse mediante un balance de materia calor a travésde todo el diagrama de flujo incluendo las corrientes X1limento3, XProducto3, TEJ*DD TEJ*D*.

6PE=1%;^7 :6LE 17+ >E18 <1L17%E

;nstale una operación X<alance X complete las conexiones par!metros como se muestra enlas 9igura *



Ejemplo

Planta +eshidratadoraO=egeneradora de 8EZ La industria del gas natural com'nmente utilizatriJetilenJglicol "8EZ# para deshidratación del gas cuando se requieren temperaturas de puntode roc(o mu bajas, como en el caso de plataformas offshore del :ar del 7orte, o en otrosprocesos criogénicos. 7ormalmente se requieren temperaturas de puntos de roc(o de agua tan

bajos como RD ]9. >U&U& tiene la capacidad de simular rigurosamente sistemas de 8EZ. Laecuación de estado de PengJ=obinson ha sido modificada para representar el comportamientono ideal de las fases l(quidoJvapor en todo el rango de operación esperado para estossistemas. El programa ha sido probado para presiones de operación de hasta DDD psia.

9ig. * Proceso de +eshidrataciónO=egenerador de 8EZ

El objetivo del presente pr!ctico es resolver con >U&U& los balances de materia energ(a deun proceso de deshidratación regeneración con 8EZ "9ig. *#. La composición del gas natural,Zas a &aturar, se proporciona en base libre de agua. Para asegurar la saturación con agua, lacorriente Zas a &aturar debe ser mezclada con la corriente 1gua. La corriente de gas saturadoen agua, Zas H >6 se alimenta a un separador a A/ ]9 BDD psia para eliminar el agua libre.Luego la corriente Zas al 1bsorbedor se alimenta a la columna absorbedora de 8EZ. 1qu( sepone en contacto una corriente de 8EZ pobre regenerada "1limentación 8EZ#, secando el gasa menos de lb de agua por ::&%9 ":illones de pies c'bicos en condiciones est!ndar# degas "relación contenido masa de

La columna absorbedora de 8EZ consiste en D etapas reales. La corriente de 8EZ rica quesale por el fondo de la torre absorbedora se descomprime se precalienta hasta D ]9 con lacorriente 9ondo =eg proveniente de la columna =egeneradora 8EZ. 1s( la corriente 1limentación =eg ingresa a la etapa de separación del agente deshidratante consistente en -etapas teóricas. El 8EZ regenerado "BBK peso# se enfr(a a *D 9 se retorna a la torreabsorbedora, mezcl!ndolo previamente con 8EZ fresco. 1 continuación se tabulan los datos necesarios para definir las corrientes del sistema.



+atos de las operaciones unitarias del proceso.



+eterminación del Punto de =oc(o

4no de los criterios utilizados para determinar la eficiencia de la deshidratación es ladeterminación del punto de roc(o de agua en la corriente de gas de salida. Este se puededeterminar f!cilmente buscando la temperatura a la cu!l el agua comenzar! a condensar.El primer paso es remover todas las trazas de 8EZ debido a que la presencia del mismo afectael punto de roc(o del agua, para ello se utiliza la operación %omponent &plitter "=emover 8EZ#.La corriente de salida se enfr(a su temperatura es variada por la operación 1+Y4&8 de modode encontrar el punto en el cual el agua comienza a condensarsee. La operación 1+Y4&8

requiere un valor inicial para lo cu!l especificaremos la temperatura de la corriente Pto=ocio 1gua en R/ ]9.

Las tablas siguientes indican los par!metros necesarios para establecer las operaciones de%omponent &plitter, &eparator 1djust. El separador se instalar! para remover el aguacondensada.



La operación 1+Y4&8 variar! la temperatura de la corriente Pto=ocio 1gua hasta que el f lujom!sico de agua en la corriente _& >6 sea casi cero. El valor de temperatura alcanzado ser!el punto de roc(o del agua en la corriente de gas.

<;<L;6Z=19`1.

• %umbal, L. "D**#. <iotecnologia 1mbiental. Tuito

• >immelblau, +. "*BB@#. Principios <asicos %!lculos en ;ngenier(a Tu(mica . :exico$Prentice >all.

• +amelio, =. 8he <asics of Process :apping. Productivit Press. 7e Uor5, 4&1. *BB/.

• 9ogler, &cott >. Elementos de ingenier(a de las reacciones qu(micas. Editorial Prentice>all Pearson, :éxico. DDA.

• >immelblau, +. :. Principios b!sicos c!lculos en ingenier(a Tu(mica. Editorial

Prentice >all Pearson, :éxico. DD-.

• >arrison, :ichael ;. +iagnosing 6rganizations$ :ethods, :odels and Processes.Editorial 8housand 6a5s. %alif. 4&1. DD/.

• :onsalvo N.=. <alance de materia energ(a$ procesos industriales. Editorial Patria.:éxico.DDB.

• :T1 :odel =evision and =edesign =eport. ;nstituto para el 9omento a la %alidad 8otal, 1.%. :exico. DD@.

BALANCE DE ENER(*A

>abitualmente se define la energ(a como la capacidad de la materia para producir trabajo,pudiendo adoptar distintas formas, todas ellas interconvertibles directa o indirectamente unasen otras.El balance de energ(a al igual que el balance de materia es una derivación matem!tica de la2Le de la conservación de la energ(a2 "Primera Le de La 8ermodin!mica#, es decir 2Laenerg(a no se crea ni se destrue, solo se transforma2. El balance de energ(a es una principiof(sico fundamental al igual que la conservación de masa, que es aplicado para determinar lascantidades de energ(a que es intercambiada acumulada dentro de un sistema. La velocidad a



la que el calor se transmiten depende directamente de dos variables$ la diferencia detemperatura entre los cuerpos calientes fr(os superficie disponible para el intercambio decalor.8ambién influen otros factores como la geometr(a propiedades f(sicas del sistema , siexiste un fluido, las condiciones de flujo.Los fluidos en bioprocesado necesitan calentarse oenfriarse. Ejemplos t(picos de ellos son la eliminación de calor durante las operaciones defermentación utilización utilizando agua de refrigeración el calentamiento del medio original a

la temperatura de esterilización mediante vapor.

En el siguiente v(deo se explica mas a fondo la Primera Le de la 8ermodin!mica en la que sebasa el <alance de :asa$

4no de los principales intereses del balance de energ(a es determinar la cantidad de energ(aque tiene un sistema, sin embargo esta no puede ser determinada, es decir no podemosconocer la energ(a absoluta en un momento determinado. En realidad lo que nos interesa esconocer los cambios en los niveles de energ(a que puede experimentar un sistema, para lo cuales necesario definir claramente la frontera entre el sistema o sus partes los alrededores o elentorno.http$OOoutu.beOd&p8rpimc

Los objetivos del balance de Energia son$

• +eterminar la cantidad energ(a necesaria para un proceso.

• +eterminar las temperaturas a las cuales el proceso es mas eficiente.

• +isminuir el desperdicio de energ(a.

• +eterminar el tipo de materiales equipos que mejor sean mas eficientes.

• &in embargo el objetivo principal es la estimación de costos de operación del proceso,

a que el gasto energético es uno de los mas importantes rubos durante la operación.

DE2INICIONES

• SISTEMA

%ualquier masa de material o segmento de equipo especificados arbitrariamente en el cualdeseamos concentrar nuestra atención. 4n sistema se define circund!ndolo con una frontera.La frontera del sistema no tiene que coincidir con las paredes de un recipiente. 8oda masa,equipos energ(as externas al sistema definido se designan como entorno. &iempre debemostrazar fronteras similares al resolver los problemas, pues este paso fija claramente el sistema su entorno ">immelblau,*BB@#.



Ti&os de Siste#as"

*. Siste#as Abie!tos" son aquellos que intercambian materia energ(a con el entorno através de las fronteras. Ej. 6lla con agua hirviendo.

. Siste#as Ce!!ados" son aquellos que solo pueden intercambiar energ(a con elentorno, pero no materia. Ej. 8ermo.

-. Siste#as Aislados" son aquellos en los que no se pueden intercambiar ni energ(a nimateria a través de las fronteras. Ej. <omba 1diab!tica.



• PROPIEDAD 3Va!iable o Pa!0#et!o4+

4na caracter(stica de un material que se puede medir "presión, volumen o temperatura, masa,etc.# o que se puede calcular, si no se mide directamente "ciertos tipos de energ(a, entalp(a,energ(a interna, numero de moles, etc#. Estas propiedades pueden ser manipuladas o variarindirectamente junto a otras, por lo cual también se les denomina variables. Las propiedades deun sistema dependen de su condición en un momento dado no de lo que haa sucedido alsistema en el pasado. Las propiedades pueden ser$

• P!o&iedad E5tensiva+6 Es aquella cuo valor depende de la cantidad de material es

aditiva "volumen J masa#. Es decir las propiedades extensivas se relacionan con la estructuraqu(mica externa0 es decir, aquellas que podemos medir con maor facilidad que dependen dela cantidad forma de la materia. Por ejemplo$ peso, volumen, longitud, energ(a potencial,calor, etcétera.

• P!o&iedad intensiva+6 Es aquella cuo valor no es aditivo, no varia con la cantidad

de material. Estas tienen que ver m!s con la estructura qu(mica interna de la materia. Ejemplo$temperatura, punto de fusión, punto de ebullición, calor espec(fico o concentración , (ndice derefracción, densidad, viscosidad, concentración, p> etc. Las propiedades intensivas puedenservir para identificar caracterizar una sustancia pura, es decir, aquella que est! compuesta



por un solo tipo de molécula , como, por ejemplo, el agua, que est! formada solo por moléculasde agua ">6#, o el az'car, que solo la conforman moléculas de sacarosa "%*>6**#.

• ESTADO

El conjunto dado de propiedades de los materiales en un momento dado. El estado de unsistema no depende de la forma o la configuración del sistema sino sólo de sus propiedadesintensivas como la temperatura, la presión la composición.

El estado suele ser una función de - variables independientes$E G f " P,8,_#

P$ Presión8$ 8emperatura

_$ %oncentración

+os propiedades son independientes una de la otra si existe por lo menos una variación deestado del sistema en la que una propiedad varie la otra se mantenga fija. 1unque siemprehabr! ligeras modificaciones al cambiar de estado, pero su variación suele considerarseinsignificante.

• Va!iables de estado$ son propiedades de los materiales que son mu dif(cil de medir

se considera como la variación neta de la propiedad entre dos estados diferentes "de ah( sunombre#, sin importar que camino se tomo para llegar a ese estado. Ej. Entalpia, Entrop(a

Energ(a ;nterna.

• Va!iables de t!a/ecto!ia" son propiedades que var(an de acuerdo a la traectoria es

decir al camino que se tomo para llegar de un estado a otro. Ej. %alor 8rabajo.

• 2ASE

Es el estado de agregación en el que se encuentra la materia, es decir a la cercan(a en las que

se encuentran sus moléculas. Este depende principalmente de la 8emperatura Presión a laque un compuesto qu(mico esta sometida. Las principales fases son$

• L(quido

• Zaseoso

• &ólido



E7E=Z`1

La energ(a "en la 9(sica# es la capacidad que tiene un sistema de realizar un trabajo o unatransformación. U en muchos casos depende del estado de un sistema. En la termodin!mica

por ende en el balance de energ(a se considera los siguientes tipos de energ(a$

8;P6& +E E7E=Z`1

Los dos primeros tipos de energ(a son ene!78as de t!ans$e!encia, es decir solo se presentancuando el entorno el sistema se encuentran en estados diferentes, por lo cual esta energ(a setransfiere para alcanzar un equilibrio termodin!mico$

• T!abajo 394"

Es una forma de energ(a que representa una transferencia entre el sistema el entorno. U engeneral se manifiesta por presentar una fuerza mec!nica. El trabajo no es posible almacenartrabajo debido a que es una energ(a en transito. U su signo depende si se lo realiza el sistema"J# o el entorno hacia el sistema "H#. Para que una fuerza mec!nica realice un trabajo la fronterade sistema debe moverse$

+onde 2 es la fuerza mec!nica que act'a para provocar un desplazamiento de las fronteras del

sistemas en la dirección s, sea del entorno al sistema o visceversa la fuerza que act'a, paracambiar del Estado * al Estado . &in embargo el trabajo es dif(cil de calcular debido a$ "a#+ificultad en medir el desplazamiento del sistema "b# la integral 9Qds no siempre da un mismoresultado para las diferentes formas de transformación "efecto de la traectoria#Por estas razones se debe especificar el proceso o traectoria por la cual se realiza el trabajo,desde el estado inicial al estado final. Es decir la integral 9Qds puede tener cualquier valor parala variación de dos estados, este valor depender! de la traectoria para llegar al otro.=azón por la cual es mas conveniente utilizar la siguiente integral, que utiliza las propiedadestermodin!micas que definen un sistema$

+onde P es la presión que ejerce el sistema V el volumen que se encuentra el sistema en unestado. 1 partir de esta ecuación podemos calcular el trabajo usando la traectoria de unproceso. Ej. Para gases por ejemplo podemos usar los siguientes procesos$

Proceso ;sotérmico "8emperatura constante#$



Proceso Isobárico (Presión Costante)

%abe recalcar que en los casos de balances de energ(a el trabajo no solo es generado por undesplazamiento de las fronteras del sistema, también puede existir un trabajo eléctrico o untrabajo de flecha "realizado por un motor que gira sobre su propio eje#

• Calo! 3)4$

&e define como la parte del flujo total de energ(a a través de la frontera de un sistema que se

debe a una diferencia de temperatura entre el sistema su entorno, es decir un tipo de energ(aen tr!nsito. El calor no se almacena ni se crea. El calor es positivo cuando se transfiere alsistema. El calor puede transferirse por convección, conducción o radiación. El calor, al igual



que el trabajo, es una función de la traectoria.

Los dem!s tipos de energ(as son propiedades de los sistemas$

• Ene!78a Potencial$

+epende de la masa la altura del sistema de referencia "EpGm x g x h#. &e define como laenergia debida a la posición del sistema en un campo potencial o debido a la configuración delsistema con respecto a alguna configuracion de equilibrio. Puede pensarse como la energ(aalmacenada en el sistema, o como una medida del trabajo que un sistema puede entregar.

• Ene!78a Cin:tica"

Es la energ(a que un sistema posee en virtud de su velocidad relativa respecto al entorno quese encuentra en reposo. &urge en el fenómeno del movimiento. Est! definida como el trabajonecesario para acelerar un cuerpo de una masa dada desde su posición de equilibrio hasta unavelocidad dada. 4na vez conseguida esta energ(a durante la aceleración, el cuerpo mantienesu energ(a cinética sin importar el cambio de la rapidez.

• Ene!78a inte!na 3;'4.

+ado que no existen instrumentos que puedan medir la energ(a interna de maneramacroscópica, esta energ(a suele calcularse a partir de variables macroscópicas mediblescomo$ temperatura, presión, volumen composición.Para una sustancia pura en una sola fase, tenemos que$G "8,N#8omando la derivada total de esta expresión obtenemos$

Por definición "δ4Oδ8#v es la capacidad calor(fica a volumen constante "%v# el segundotérmino es tan peque)o que suele ser insignificante para los c!lculos que se realizan en losbalances de masa. En consecuencia podemos calcular los cambios de energ(a internaintegrando la expresión anterior$



%abe aclarar que solo se puede calcular la variación neta de energ(a interna entre dos estados,mas no las energ(as absolutas en cada estado. 1dem!s esta energ(a es una propiedad deestado, es decir solo depende de los estados, mas no de como se llego a ellos.

• Ental&8a 3;.4

Es una magnitud termodin!mica, cua variación expresa una medida de la cantidad de energ(aabsorbida o cedida por un sistema termodin!mico, es decir, la cantidad de energ(a que unsistema puede intercambiar con su entorno. . &i el sistema es homogéneo "una sustancia, unafase# est! en equilibrio interno, podemos referirnos a la entalp(a espec(fica "h# que es laenerg(a interna por unidad de masa.> G 4 H pN

%uando un sistema pasa desde unas condiciones iniciales hasta otras finales, se mide elcambio de entalp(a " >#.

> G >f R >i.La entalp(a recibe diferentes denominaciones seg'n el proceso, as($ entalp(a de reacción,entalp(a de formación, entalp(a de combustión, entalp(a de disolución, entalp(a de enlace, etc.,siendo las m!s importantes$

• Entalp(a de reacción ">r#.J es el calor absorbido o desprendido durante una reacción

qu(mica, a presión constante.

• Entalp(a de formación ">f#.J es el calor necesario para formar un mol de una sustancia,

a presión constante a partir de los elementos que la constituen.

• Entalp(a de combustión ">c#.J es el calor liberado, a presión constante, cuando se

quema una mol de sustancia.

8;P6& +E %1L6=

%lase de termoquimica from gaddieh

El calor es energ(a que flue como resultado de una diferencia de temperatura entre el sistema sus alrededores. %uando el calor se transfiere al sistema desde los alrededores, se definecomo positivo puede ser de diferentes tipos$

1+ Balance De Ene!78A from .ein- Lo&e-

http://www.slideshare.net/gaddieh/clase-de-termoquimica

http://www.slideshare.net/gaddieh

http://www.slideshare.net/heinz20/3-balance-de-energa


http://www.slideshare.net/heinz20

http://www.slideshare.net/gaddieh/clase-de-termoquimica

http://www.slideshare.net/gaddieh





1. Sensible:

• 7o cambio de fase

• %alentamiento

• Enfriamiento

) < #C&;T

2. Latente:

• %ambio de fase$

• Ebullición LJN

• 9usión &JL

• &ublimación &JN

• ;nvolucra aumento de calor.

) < # La#da 53. Reacción:

• Le de >ess

• > de 9ormación

• > de combustión.

http$OOoutu.beOej8aFcfM;1

Ejercicio de cambios de estado.

http$OOoutu.beOpdaud7erU1

<alances de Energ(a

La ec,aci%n 7ene!al del balance de ene!78a se e5&!esa de la si7,iente $o!#a"



La expresión matem!tica del balance de masas puede simbolizarse de la siguiente manera,una vez hecho los arreglos matem!ticos respectivos$

+onde E es la diferencia de energ(a total de sistema "acumulación# durante un proceso ocambio de estado, T "%alor# M "8rabajo# que son energ(as de transferencia hacia el sistemadel entorno o visceversa, +">HFHP# son energ(as que se transportan con la materia que entrao sale del sistema, Erx es la generación o consumo de energ(a por parte del sistema productode una reacción qu(mica "Entalp(a de =eacción#.

Esta ecuación puede ser aplicada a un equipo individual o a toda una planta, en la ecuación sepueden introducir algunas simplificaciones$

*. 7o ha acumulación de energ(a dentro del sistema

. 7o ha generación de energ(a dentro del sistema

-. 7o se consume energ(a dentro del sistema

&i introducimos esas simplificaciones la ecuación se reduce a$

8ransferencia de energ(a a través de la frontera del sistema G 8ransferencia de energ(a fuera

de la frontera del sistema

Balance de Energia

SISTEMA CERRADO

Es aquel que no presenta intercambio con el medio ambiente que lo rodea, pues es herméticoa cualquier influencia ambiental. 1s(, los sistemas cerrados no reciben ninguna influencia del

http://www.scribd.com/doc/59202119/Balance-de-Energia

http://www.scribd.com/doc/59202119/Balance-de-Energia



ambiente, por otro lado tampoco influencian al ambiente. 7o reciben ning'n recurso externo,operan con un intercambio de materia energ(a con el medio ambiente relativamente peque)o.

La ecuación general que rige este sistema es$

E JJ 4 H F H P G T H M %uando F tiende a D$ cinética cuando P tiende a D$ espotencial.

Ejemplos$

• 6lla de presión que no permite el escape de gases

• 1 nivel de laboratorio un reactor

• 8ermo, cuo intercambio de energ(a con el medio es despreciable en el tiempo que se

estudia el sistema

Ejemplo de un sistema cerrado

SISTEMA ABIERTO

Es aquel que presenta relaciones de intercambio con el ambiente, a través de entradas salidas. Los sistemas abiertos intercambian materia energ(a regularmente con el medioambiente. &on eminentemente adaptativos, es decir, deben reajustarse constantemente a lascondiciones del medio.

La ecuación general que rige este sistema es la siguiente$

4 G T H M> H F H P G T H M> G T H MEjemplos$



• El motor de un auto

• 4na vela realizando combustión

• 4na taza de café caliente al ambiente

NOTA"

7i la energ(a interna, ni la entalp(a son variables termodin!micas cuo valor pueda ser medidode modo absoluto o relativo, en el laboratorio. &in embargo es posible calcular su variación enun proceso termodin!mico, a partir del cambio que se produce en magnitudes f!cilmentemedibles como la presión, la temperatura o el volumen, a que la energ(a interna la entalp(ason función de estas viceversa.En general, aunque se pueden elegir otras expresiones, sesuele escribir la energ(a interna en función de la temperatura el volumen del sistema, laentalp(a en función de la temperatura la presión. 1s( cualquier cambio medible detemperatura, presión o volumen, nos permitir! conocer el cambio en la energ(a interna Oo en laentalp(a$

• Si esc!ibi#os tend!e#os

=,e

• Si esc!ibi#os tend!e#os

=,e

Luego son fundamentalmente estas expresiones junto con la definición de la variación de laenerg(a interna "4 G T H M#, la definición de entalp(a "> G 4 H pN# las que emplearemos deforma general para calcular 4 >, independientemente del tipo de proceso de la

naturaleza del sistema estudiado.El conoce! el balance de ene!78a nos &e!#ite ab!i! ca#&o &a!a el dise>o de la &a!te



ene!7:tica de n,est!os bio!!eacto!es+

BALANCES COMBINADOS DE MATERIA Y ENER(*A

En todos los problemas de balance de energ(a, sin importar que tan simples sean, se debeconocer la cantidad de material que entra sale del proceso en caso de querer aplicar conéxito la ecuación adecuada de balance de energ(a. &e trabajar! en condiciones uniformes.Lale de conservación de la masa suministra una serie completa de ecuaciones que incluen paraun sistema dado un balance de material total o un balance de material para cada componente.El principio de la conservación de la energ(a nos puede suministrar una ecuación independienteen base total, aunque no puede establecerse un balance de energ(a para cada componente. Esobvio que se requerir! una ecuación independiente para cada variable desconocida delproblema o situación dada, frecuentemente el balance de energ(a suministra el factor extra deinformación que permite lograr la solución de alg'n c!lculo aparentemente insuperable

constituido 'nicamente por los balances de material.

<1L17%E& +E E7E=Z`1 P1=1 &;&8E:1& %E==1+6&

&e dice que un sistema es abierto o cerrado dependiendo que exista o no transferencia demasa a través de la frontera del sistema durante el per(odo de tiempo en que ocurre el balance

de energ(a. Por definición un proceso intermitente es un proceso cerrado los procesos semiJintermitente continuo son sistemas abiertos.

4na ecuación integral de balance de energ(a puede desarrollarse para un sistema cerradoentre dos instantes de tiempo.

Energ(a final del sistema R Energ(a inicial del sistema G Energ(a neta transferida

Energ(a inicial del sistema G 4i H Eci H EpiEnerg(a final del sistema G 4f H Ecf H Epf

4 G energ(a interna

Ec G energ(a cinéticaEp G energ(a potencial

Energ(a transferida "+E# G T H M donde + es delta "diferencia#

+E G Et REt*

Los sub(ndices se refieren a los estrados inicial final

"4f J 4i# H "Ecf J Eci# H "Epf J Epi# G T HM

&i utilizamos el s(mbolo + para indicar diferencia se tiene$

+4 H +Ec H +Ep G T H M luego,



+E G T H M "@#

donde +E representa la acumulación de energ(a en el sistema asociada a la masa est!compuesta por$ energ(a interna"4#, energ(a cinética energ(a potencial"P#.

La energ(a transportada a través de la frontera del sistema puede transferirse de dos modos$

como calor "T# o como trabajo "M#T M representan la transferencia neta de calor trabajo, respectivamente, entre el sistema su entorno

&i +E G D 0 T G J M

La ecuación "@# es la es la forma b!sica de la primera le de la termodin!mica

<1L17%E +E E7E=Z`1 P1=1 &;&8E:1& 1<;E=86& E7 =Z;:E7 E&81%;671=;6

Por definición en un sistema abierto se observa la transferencia de materia a través de susfronteras cuando ocurre un proceso. +ebe realizarse trabajo sobre el sistema para que existauna transferencia de materia hacia él la masa que sale del sistema realiza trabajo sobre losalrededores"entorno#ambos términos de trabajo deben incluirse en la ecuación de balance deenerg(a.

En la ecuación de balance de energ(a para un sistema abierto debemos incluir la energ(aasociada a la masa que entra sale del sistema, con lo cual se tiene$

+ significa lo que entra lo que sale del sistema menos lo que entra si consideramos régimenestacionario$ E entrada G E salida0 +E G D, no ha acumulación de energ(a por lo que tenemos$

&i se considera que no ha variación de energ(a potencial ni de energ(a cinética que M G D setiene$

T G +> G +>productos J +>reactivos

8=17&;%;67E& +E91&E

%uando ocurren cambios de fase de sólido a l(quido, l(quido a vapor viceversa, ocurren



grandes cambios en el valor de la entalp(a de las sustancias. Estos cambios se denominanX%alor latente3 es constante referido a la unidad de masa.

Los cambios de entalp(a que tienen lugar en una sola fase se conocen como cambios de X%alor sensible3

En los cambios de fase tenemos$ calor de fusión, calor de evaporación, calor condensación calor de sublimación.

Ejemplo$

<alance sin reacción qu(mica. Estimar las cantidades de vapor agua requeridas para lacolumna de destilación mostrada en la figura.

En la planta se dispone de vapor seco saturado a / psig "@? 57Om#, el agua de enfriamientopuede aumentar su temperatura en -D o%. La columna opera a * bar.

Sol,ci%n"Balance de #ate!iales

Es necesario hacer un balance de materiales para determinar los flujos de productos en el tope el fondo.<alance de acetona, despreciando las pérdidas de acetona en el fondo.*DD x D,* G + x D,BB+estilado, + G *D* FgOhPesados, M G *DDD R *D* G ABB FgOh

Balance de ene!78a

Las energ(as cinética potencial de las corrientes del proceso son peque)as puedendespreciarse.8omando los l(mites del primer sistema que incluan al hervidor al condensador.



Entradas$ calor que entra al hervidor T< H calor sensible de la alimentación >9

Las pérdidas de calor desde el sistema ser!n peque)as si la columna los intercambiadoresest!n aislados convenientemente "t(picamente menor a /K# ser! despreciado.

<ases$ /o %, * hr.

%apacidades calor(ficas promedio$ 1cetona /o % a -/o% G , 5YO5goF 1gua /o% a *DDo% G , 5YO5goF

%apacidades calor(ficas promedio de las corrientes$ 1limentación, *DK de acetona G D,* x , H D,B x , G ,DD 5YO5g oF8ope, BBK de acetona, tomado como acetona, , 5YO5g. oFPesados, como agua, , 5YO5g oF

T% debe determinarse mediante un balance alrededor del condensador hervidor.

=azón de reflujo= G LO+ G *DL G *D x *D* G *D*D 5g.OhNG L H + G **** 5g.Oh

+e los datos para la ebullición de una mezcla con BBK de acetona *K de agua G /?./ o% 1l estado estacionario$ entradas G salidas

>v G >+ H >% H T%T% G >v R >+ R >L

1sumiendo condensación completaEntalp(a del vapor >N G calor latente H calor sensible



1qu( ha dos caminos para calcularla entalp(a espec(fica del vapor a su punto de ebullición."*# %alor latente de vaporización a la temperatura base H calor sensible para calentar el vaporhasta el punto de ebullición."# %alor latente de vaporización al punto de ebullición H calor sensible para llevar el l(quido alpunto de ebullición.

8eniendo valores del calor latente de acetona agua como funciones de la temperatura, seusar! el segundo método.%alor latente de acetona a /?,/ o% "--D oF# G ?D 5YO5g.%alor latente del agua a /?,/ o% "--D oF# G /DD 5YO5g.

Luego$>N G **** "D.DD* x /DD H D.BB x ?D# H "/?,/ R /# , G @A? ?BB 5YOh

Las entalp(as de los productos del tope del reflujo ser!n cero, a que ellos est!n a latemperatura base. 1mbos son l(quidos, el reflujo estar! a la misma temperatura del producto.

+e aqu(

T% G >N G @A? ?BB 5YO5g. "*A,/ 5M#T< es determinado por un balance sobre el sistema total

Entrada G &alidaT< H >9 G T% H >+ H >M>9 G *DDD x ,DD "-/ R /# G D DDD 5YOh>M G ABB x , "*DD R /# G A- *A/ 5YOh"El punto de ebullición de los tomado como *DD o%#

de aqu($T< G T% H >+ H >M J >9T<G @A? ?BB H A- *A/ H D R D DDD

T<G *DB AA 5YOh "A?,* 5M#T< es suministrado por el vapor condensando

%alor latente del vapor G @-D 5YO5g. a @/,A 57Om

T% es removido por el agua de enfriamiento con un incremento en su temperatura de -D o%T< G flujo de agua x -D x ,

EYE:PL6 <1L17%E +E E7E=Z`1 %67 +6& 9L4Y6& +E N1P6=



Entalp(as de reacción

La entalp(a de reacción est!ndar es el cambio de entalp(a de un sistema cuando losreaccionantes en el estado est!ndar son convertidos en productos también en su estadoest!ndar. Este estado corresponde a una presión de * atm una temperatura de /S%. Estasentalp(as pueden calcularse mediante la aplicación de la le de >ess o a partir de las entalp(asde formación o de combustión tabuladas en bibliograf(a.

%;%L6 +E =1F;:E

El ciclo =an5ine es un ciclo de potencia representativo del proceso termodin!mico que tienelugar en una central térmica de vapor. 4tiliza un fluido de trabajo que alternativamente evapora condensa, t(picamente agua "si bien existen otros tipos de sustancias que pueden serutilizados, como en los ciclos =an5ine org!nicos#. :ediante la quema de un combustible, elvapor de agua es producido en una caldera a alta presión para luego ser llevado a una turbinadonde se expande para generar trabajo mec!nico en su eje "este eje, solidariamente unido alde un generador eléctrico, es el que generar! la electricidad en la central térmica#. El vapor debaja presión que sale de la turbina se introduce en un condensador, equipo donde el vaporcondensa cambia al estado l(quido "habitualmente el calor es evacuado mediante unacorriente de refrigeración procedente del mar, de un r(o o de un lago#. Posteriormente, unabomba se encarga de aumentar la presión del fluido en fase l(quida para volver a introducirlonuevamente en la caldera, cerrando de esta manera el ciclo.

%ada una de las cuatro primeras ecuaciones se obtiene del balance de energ(a del balancede masa para un volumen de control. La quinta ecuación describe la eficiencia termodin!mica orendimiento térmico del ciclo se define como la relación entre la potencia de salida conrespecto a la potencia térmica de entrada.



frac{dot{Q}_{mathit{in}}} {dot{m}} = h_1 -h_4

frac{dot{W}_{mathit{turbina}}}{dot{m}} = h_1 - h_2

frac{dot{Q}_{mathit{out}}} {dot{m}} = h_2 -h_3

frac{dot{W}_{mathit{bomba}}}{dot{m}} = h_4 - h_3

eta = frac{dot{W}_{mathit{turbina}}-

dot{W}_{mathit{bomba}}}{dot{Q}_{mathit{in}}}

&e puede hacer un balance energético en el condensador la caldera, lo que nos permiteconocer los flujos m!sicos de refrigerante gasto de combustible respectivamente, as( como elbalance entrópico para poder sacar la irreversibilidad del ciclo energ(a perdida

1+ Balance De Ene!78ANie more presentations from heinzD


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ET4;P6& +E 8=17&:;&;^7 +E %1L6=

&eg'n +or!n,P.:. *BBA en bioprocesado, la transmisión de calor se produce normalmenteentre l(quidos.El equipo est! dispuesto de tal manera que permite la transmisión de calor entredos l(quidos pero sin entrar en contacto uno con otro.En la maor(a de los cambiadores decalor, el calor se transmite a través de las paredes de metal que separan las corrientes defluido. &e coloca la suficiente superficie para alcanzar la velocidad de transmisión de calordeseada,a la vez se facilita dicha transmisión mediante agitación el flujo turbulento de los

fluidos.

<iorreactores

En las operaciones de los biorreactores se suelen utilizar principalmente dos procesos basadosen la transmisión de calor. El primero d ellos es la esterilización discontinua in situ del mediol(quido.En este proceso, el recipiente del fermentador que contienen el medio de cultivo secalienta utilizando vapor se mantiene a la temperatura de esterilización durante un cierto

tiempo, utiliz!ndose posteriormente agua de refrigeración para volver a la temperatura normalde operación.

La otra aplicación de la transmisión de calor es la del control de temperatura durante laoperación del reactor.la actividad metabólica de las células genera una cantidad de apreciablede calor en los fermentadores, el cual debe eliminarse para evitar un aumento de latemperatura.La maor(a de las fermentaciones se produce entre -D -@ o%.

Equipos de intercambio de calor en bioreactores$%amisa externa o enchaquetados

• 1 través del cual circula vapor de agua o agua de refrigeración

&erpent(n externo

• rea disponible para trasmisión de calor menor

• &uficiente rea en sistemas escala a laboratorio

&erpent(n helicoidal

&erpent(n tipo deflector



• Zran !rea de transmisión operan con velocidades de fluido elevadas

• ;nterferir con la mezcla dificultar la limpieza

• %recimiento de células en forma de pel(cula sobre superficie de transmisión.

;ntercambiador externo

• %onsiste en bombear l(quido desde el reactor hasta una unidad de intercambio de calor

separada del mismo.

• ;ndependiente del reactor, f!cil de escalar proporciona la mejor la transmisión de

calor.

• %onocer condiciones de esterilidad a que células deben resistir las fuerzas de cizalla

originadas durante el bombeo en condiciones aerobias en tiempo de residencia en elcambiador debe ser peque)o para que el medio no se quede sin ox(geno

Equipos t(picos de transmisión de calor a nivel industrial$



%ambiadores de calor de tubos concéntricos

• +ise)o m!s sencillo.

•

tuber(as met!licas, una dentro de la otra.

• Pueden extenderse a varios pasos dispuestos en un haz de tubos verticales.

%ambiadores de calor de carcasa tubos

• rea de transmisión de calor debe ser m!s de *D J*/ m

• Zrandes !reas de intercambio en un volumen peque)o.

• Longitud de los tubos determinan el !rea de transmisión.

*. %ambiadores de calor de carcasa tubos de paso 'nico

• 4n haz de tubos "flue parte interior# una carcasa "flue parte exterior de tubos#

• 9luidos de la carcasa tubos pasan a través de la longitud del equipo una sola vez.

• &e instalan placas deflectoras en la carcasa para disminuir !rea transversal del flujo

que flua entre los tubos no de forma paralela a ellos "turbulencias# soportan el haz detubos evita que se curven por el peso.

. %ambiadores de calor de m'ltiples pasos.

• %ambiador de calor con un solo paso por la carcasa doble paso por los tubos.

• %abezal para fluido del tubo se divide en dos secciones.

• Las curvas de 8 del cambiador dependen de la localización de la entrada a la carcasa"fluido caliente#. &e puede producir un cruce de 8 en alg'n punto del cambiador "8cG8h#, debeevitarse porque después del cruce en fluido fr(o se enfr(a m!s.

• &olución$ aumentar el paso por los tubos o disposición de otro cambiador.

• %ambiadores de calor con m'ltiples pasos x la carcasa$ dif(ciles de construir, usados

en instalaciones mu grandes.

• 8ipo de flujo complejo$ contracorriente, corrientes paralelas flujo cruzado. La 8L

debe utilizarse con un factor de corrección.



9undamentos

Zradiente de temperatura

9lujo$

• Paralelo

*. 9uerza impulsora disminue "no es cte$ puede empezar con 8 alto terminar con 8bajo#

. :enor transmisión de calor

-. ambos fluidos entran por el mimo lado del cambiador fluen en la misma direcciónhasta el final.



. no es tan efectiva$ 8 salida del un fluido no es similar a la 8 entrada del otro.

/. 8 salida de ambas corrientes comprendidas entre 8 entrada.

• %ontracorriente

*. 9uerza impulsora constante

. Zradiente de temperatura constante.

-. :aor transmisión de calor

. Efecto convectivo m!s alto

/. :enor efecto de capa l(mite

?. 9luido fr(o que entra al equipo se encuentra con el fluido caliente justo a la salida.

@. 9luido fr(o a su menor 8 se encuentra con fluido caliente a su menor 8. "8co próximo a8hi 8ho próximo a 8ci#.

• Laminar

• 8urbulento

• %apa l(mite

Balance de Ene!7ia 6 Int!od,ccion

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>U&U& E7 L1 P=%8;%1

Ejemplo$

En >ss se dispone de una operación logica para realizar c!lculos de <alance de :ateria

Energia entre corrientes de un proceso qu(mico. La operación <alance de :asa la operación<alance de :oles desarrollan balances globales de materia dondesolamente se conserva elflujo m!sico o molar entre las corrientes.

En el siguiente ejemplo todos los componentes de una corriente gaseosa X1limento3seconvierte a propano puro en la corriente de salida Xproducto3.

P1&6 1 P1&6$

P=;:E=6

*. 1bra un nuevo caso, defina el siguiente paquete$

[ %omponentes$ %*, %, %-, i%,n%, %/, %?, %@, %A[Paquete de propiedades$ Peng =obinson[&istema de unidades$ &; o Euro &;

&EZ47+6

. %rear una corriente de material con la siguiente información$

[ 7ombre$1limentación[9raccion de Napor$ *.D[8emperatura$ ?DS%

[Presión$ DDD FPa[9lujo :olar$ *DD FgmoleOhr [%omposición$

8abla .* %omposición de la %orriente de 1limentación.

8E=%E=6

-. %rear una corriente de materia especificar con los siguientes datos$

[ 7ombre$Producto[ %omposición *DD K propano

%41=86. 1gregar la 6peración X<alance3.

1gregar la operación lógica X<alance3, agregar la siguiente informacion en la pesta)a%onnections, como se muestra acontinuación$



T4;786

/. %omo lo muestra la figura anterior se puede observar que en la parte inferior de color rojoinforma que se desconoce el tipo de balance, ir a la pesta)a parameters especificar el<alance :ass.

9igura . Nentana de selección del tipo de <alance.

La siguiente figura muestra el boton mediante el cual se calculo el flujo molar delacorrienteProdcuto para el mismo flujo masico de la corriente 1limenacion.



En el balance global de masa el flujo m!sico de la corriente de 1limentación es igual alacorriente de Producto, como se observa en la siguiente figura *.. El flujo molar elflujovolumetrico de l(quido son calculados teniendo en cuenta la composición especificada de lacorriente Producto

La corriente Producto se encuentra subespecificada. CPor qué %alcule compruebe el flujovolumetrico. 1gruegue algunas condiciones para una especificación completa dela corrienteProducto

&EZ47+6 EYE:PL6 P1&6 1 P1&6.

Ejemplo

1 continuación se muestra un ejemplo del la operación logica <alance tipo %alor.%onsidere doscorrientes calientes dos corrientes fr(as que intercambian calor se necesita determinar elflujo total de calor del sistema.

*. 1bra un nuevo caso, defina el siguiente paquete$

[ %omponentes$ %*, %, %-, i%,n%, i%/, n%/[ Paquete de propiedades$ Peng =obinson

. %rear una corriente de materia con la siguiente información$

[7ombre$%alor *



[8emperatura$ -DS%[Presión$ /DDD FPa[9lujo :olar$ /D FgmoleOhr [%omposición

.-. %rear otra corriente de materia con la siguiente información$

[ 7ombre$%alor

[ 8emperatura$ DS%[ Presión$ /DDD FPa[ 9lujo :olar$ *DD FgmoleOhr [ %omposición$

. %rear otra corriente de materia con la siguiente información$[ 7ombre$9r(o *[ 9racción de Napor *.D[ Presión DDD FPa[ 9lujo :olar @/ FgmoleOhr [ %omposición

./. %rear otra corriente de materia con la siguiente información$



[7ombre$9r(o [9racción de Napor D.D[Presión /D FPa[9lujo :olar *DD FgmoleOhr [%omposición

?. 1gregar la 6peración X<alance3.1gregar la operación lógica X<alance3, agregar la siguienteinformacion en la pesta)a %onnections, introduzca la siguiente informacion, tal como semuestra en la figura .A$

[7ombre$ <alance de %alor [Entradas$ %alor *, %alor , 9rio *, 9rio [&alidas$ Ttotal

.

@. >aga %lic5 en la pesta)a Parameters en la sección sobre el tipo de balance oX<alance8pe3, seleccione la opción calor o X>eat3 como aparece en la siguiente 9igura.

>U&U& realiza los c!lculos de balance de materia energia valiendose de las propiedadesestimadas haciendo la sumatoria de los flujos caloricos de cada una de las corrientes, esdecir, mediante la ecuación siguiente$



&iendo 9i el flujo molar de cada una de las cuatro corrientes >i la entalp(a molar decada unade ellas. >aga uso de las propiedades estimadas de >U&U& verifique el resultado reportadocomo el Ttotal igual a J-.D-x*DD@ FYOhr.

Ejercicios =esueltos que pueden servir de gu(a $

=E9E=E7%;1&

http$OO.frlp.utn.edu.arOmateriasOintegracion-O48-<alancedemateriaenergia.pdf

• +or!n,P.:. "*BBA#. Principios de ingenier(a de los bioprocesos. 1cribia,&.1.

• %urso X8he %limate &stem3, %olumbia

4niversit. http$OOeesc.columbia.eduOcoursesOeesOclimateOindex.html

• 9elder, =ichard :. =ousseau, =. M. Elementar Principles of %hemical Processes.

Mile.

• =e5laitis, Z. N. &chneider, +. =. <alances de :ateria Energ(a. 7ueva Editorial

;nteramericana

• Naliente, 1ntonio Primo, &tivalet =udi. Problemas de <alances de :ateria. 1lhambra

:exicana.

• >immelblau, +avid :. <alances de :ateria Energ(a. Prentice R >all

• 8oledo, =omeo 8. 9undamentals of 9ood Process Engineering. 1.N.;. "Editorial#.

• &chmidt, 1. _. List h. L. :aterial and Energ <alances. Prentice R >all.

• 7ers, 1. l. &eider, M. +. ;ntroduction to %hemical Engineering and %omputer

%alculations. Prentice R >all.

• 8egeder R :aer. :étodos de la ;ndustria Tu(mica ;norg!nica 6rg!nica.

• +avid. :. >immeblau. &upplementar Problems for <asic Principles and %alculations in

%hemical Engineering. 8he 4niversit of 8exas$ ?th. edition.

<1L17%E +E :1&1 U E7E=Z;1

• INTROD'CCIÓN

En la ingeniera de !rocesos "no de los conce!tos básicos es el !roceso de balance

de masa o materia. En sistemas biológicos la materia se conser#a en todo momento.

http://www.frlp.utn.edu.ar/materias/integracion3/UT3_Balance_de_materia_y_energia.pdf


http://eesc.columbia.edu/courses/ees/climate/index.html



http://eesc.columbia.edu/courses/ees/climate/index.html



En Estado estacionario$ las masas %"e entran a "n !roceso se s"man & se com!aran

con la masa total %"e abandona el sistema: el t'rmino balance im!lica %"e la masa %"e

entra & la %"e sale debe ser la misma. Esencialmente $ los balances de materia son

!rocedimientos de contabilidad: la masa total %"e entra debe mantenerse al inal del

!roceso$ incl"so si s"re calentamiento$ mecla$ secado$ ermentación$ o c"al%"ier otra

o!eración (e*ce!to reacción n"clear) dentro del sistema. Los balances de materia

!ro!orcionan "na +erramienta m"& ,til en el análisis de ingeniera. (-oran$ 1/)

BALANCE DE MASA

Tipos de Balances de Masas

• Pa!a &!ocesos contin,os es no!#al !eco7e! in$o!#aci%n sob!e,n dete!#inado instante en el tie#&o las cantidades de #as =,eent!an / salen del siste#a se es&eci$ican #ediante ca,dales? &o!

eje#&lo @ la #ela-a ent!a al siste#a a ,na velocidad de lb#ient!as =,e el caldo de $e!#entaci%n sale a ,na velocidad delb @ ,n balance de #asa =,e se basa en las velocidades sedeno#ina BALANC D!"#NC!AL$%Doran& '(()*

•

Para procesos discontinuos o de alimentación intermitente se emplea otro tipo debalance. La información sobre estos sistemas se recoge durante un periodo de tiempo no en un determinado instante . Por ejemplo se a)aden *DDFg de un sustrato en unreactor, despues de - d(as de incubación se recogen /Fg de producto. %ada terminode la ecuación del balance de materia en este caso es una cantidad de masa, no unavelocidad. Este tipo de balance se denomina 0LCE I3E4RL.(-oran 1/)

+ipótesis de tra,ajo$ 7o existe generación ni consumo de materia

•

• Nolumen de %ontrol

•



•

Caso Particular- flujo permanente en tuber(as

•

•

Balance de ene!78a en $,nci%n de la ene!78a #ec0nica

Es conveniente dejar el balance de energ(a en función de$ trabajo, energ(a cinética,energ(a potencial el trabajo realizado por el fluido al atravesar el volumen de control"PN#. +e esta manera, por ejemplo para el caso de un fluido incompresible cuo fluose da por una ca)er(a, el balance de energ(a, en estado estacionario es$

•

• El balance anterior proviene de integrar la ecuación de energ(a total en la sección de laca)er(a, es decir,

•

•

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