BALANCE DE MATERIA

FACULTAD DE INGENIERA Y ARQUITECTURACARRERAS DE INGENIERA INDUSTRIAL Y CIVIL

2011-IIQumica IFundamentos del Balance de MateriaEn los procesos industriales, se aplican los principios procedentes de la fsica y qumica aunadas con los principios derivados de la economa y las relaciones humanas.

Gracias a estos conceptos, se trata a la materia para efectuar los cambios requeridos ya sea en su estado, en su composicin o en su contenido energtico.

2011-IIQumica IEn los procesos se pueden producir cambios fsicos tales como vaporizaciones, condensaciones, cristalizaciones, por ello es importante interpretar correctamente las variables que intervienen en el proceso.

Puesto que el trabajo del ingeniero debe ser cuantitativo, la Matemtica es una herramienta clave para definir el proceso que ocurre y representarlo mediante una ecuacin.

2011-IIQumica IPara efectuar un balance de materia, es necesario comprender y aplicar correctamente algunos principios de la ingeniera principalmente la Ley de conservacin de la masa.

Adems se debe identificar :El tipo de proceso.El tipo de sistema.

De tal manera que se pueda establecer el diagrama de proceso y seleccionar la base de clculo.

2011-IIQumica IPROCESODefinicin : Acciones, operaciones o tratamientos que provocan cambios(fsicos y/o qumicos) en un material o en una mezcla de materiales para obtener producto(s).

Pueden ser:

P. Fsicos: Los materiales no sufren cambios qumicos, es decir no se produce reacciones qumicas.

2011-IIQumica ISolo requieren operaciones tales como: molienda, evaporacin, separacin, entre otras; haciendo cambios fsicos en la materia como cambios de estado, concentracin, presin y temperatura; tambin se le llaman OPERACIONES UNITARIAS.

2011-IIQumica IP. Qumicos: Ocurren cambios qumicos o reacciones qumicas.

Por ejemplo: combustin, polimerizacin, nitracin, obtencin de vinos, licores, alcoholes, etc.

2011-IIQumica ISin embargo, en la realidad es ms comn que nos encontremos con procesos que tienen tanto operaciones fsicas como qumicas.

2011-IIQumica IClasificacin:

Procesos intermitentes (Por lotes/ batch): La alimentacin se introduce al sistema al inicio del proceso, y los productos se extraen juntos tiempo despus. No existe transferencia de masa en las fronteras del sistema entre el tiempo en que se realiza la alimentacin y el tiempo en que se extrae el producto.

2011-IIQumica IEjemplo: Cuando se agrega con rapidez reactivos a un tanque y se retiran los productos y reactivos no consumidos transcurrido un perodo de tiempo cuando el sistema haya alcanzado el equilibrio

2011-IIQumica IProcesos continuos : Las entradas y las salidas fluyen continuamente durante el proceso.

Ejemplo: Cuando se bombea una mezcla de lquidos a velocidad constante hacia una columna de destilacin y se retira de manera uniforme las corrientes de producto por las partes superior e inferior de la columna.

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2011-IIQumica IProcesos Semicontinuos : Cualquier proceso que no es ni intermitente ni continuo.

Ejemplo: Cuando el contenido de un recipiente con gas a presin escapa a la atmsfera .

Cuando se mezcla poco a poco varios lquidos en un tanque del cual no se retira nada

2011-IIQumica ITambin se puede clasificar segn su rgimen:Permanente o estado estacionario: Proceso en el cual las variables como temperatura, presin, velocidades de flujo, etc., no cambian con el tiempo, excepto posiblemente, por fluctuaciones pequeas alrededor de valores promedios constantes.

No Permanente o estado no estacionario: Aquel en el cual cualquiera de las variables del proceso cambia con el tiempo.

2011-IIQumica IEs comn utilizar el proceso intermitente o por lotes cuando se van a producir cantidades pequeas de algn compuesto de una sola vez, mientras que los continuos son ms adecuados para mayores velocidades de produccin

2011-IIQumica ISistema: Definicin y tiposEL SISTEMA es cualquier porcinarbitraria o totalidad de un proceso establecidaespecficamente para su anlisis o estudio.

Las fronteras del sistema constituyen ladelimitacin alrededor del proceso a fin dedelinear con exactitud el sistema para cadaproblema que intente resolver

2011-IIQumica IPueden ser:

Sistemas Abiertos, donde se transfierematerial por la frontera del sistema, en los dossentidos.

Sistemas Cerrados, donde no tiene lugar unatransferencia durante el intervalo de tiempo deinters. En estos sistemas las entradas y salidasson iguales a cero.

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2011-IIQumica IDiagramas de FlujoSon grficos usados comnmente, que nosayudan a entender como se lleva a cabo el flujo de materia o energa en un proceso.

Para ello se utiliza una nomenclatura deIngeniera con smbolos como cuadrados,flechas, lneas rectas, etc. Que guarden ciertaconcordancia con los equipos materia deanlisis.

2011-IIQumica ITipos de diagramasDiagrama de bloque o cajas: Se representa el proceso en sus diferentes partes, por medio de cajas o rectngulos que tienen entradas y salidas.

2011-IIQumica IDiagrama de flujo de procesos: Se utiliza paraconcentrar una mayor informacin; es ms completo que el de bloques y normalmente involucra los balances de materia y energa, propiedades de los fluidos en las diferentes corrientes debidamente numeradas, condiciones de operaciones y propiedades termodinmicas.

2011-IIQumica IEn estos muestran las interrelaciones entre los equipos mayores por medios de lneas de unin. Para los equipos, se emplean dibujos que representan los equipos de proceso. El diagrama de flujo de proceso tambin se puede considerar como un instrumento clave para definir, refinar y documentar un proceso qumico.

2011-IIQumica IDiagrama de tuberas e instrumentacin:Son tiles para determinar los requerimientos para el control y la instrumentacin de una Planta de produccin.

2011-IIQumica IBase de ClculoEs la referencia escogida para efectuar losclculos en un proceso y la seleccin adecuada que permita la solucin del problema.

Se debe considerar:

Informacin disponible para iniciar.Qu se desea obtener?Cul es la base ms conveniente?

2011-IIQumica IArreglos de corrientes en los ProcesosFlujo contracorriente:Flujos Paralelos:

2011-IIQumica IFlujos Cruzados:

2011-IIQumica IRecirculacin:corriente del proceso que regresamaterial desde un punto aguas debajo de unaunidad de proceso a la entrada de dicha unidad oaguas arribas de la misma, permite; aumentar elrendimiento de un proceso, enriquecer un producto(destilacin), ahorrar energa (secado). Purga: Es una corriente que se utiliza para evitar la acumulacin de sustancias inertes o indeseables de un proceso, que de otra manera se acumulara a travs de las corrientes de recirculacin.

2011-IIQumica IRECIRCULACIN SIN REACCIN QUMICA

2011-IIQumica IRECIRCULACIN CON REACCIN QUMICA

2011-IIQumica IBalance de Materia en E.E. sin reaccin QumicaEL BALANCE DE MATERIA, es una contabilizacin de material que entra y que sale de un proceso, en el cual ste sufre un cambio fsico, qumico e inclusive fisicoqumico. Los balances de la materia, se fundamentan en la ECUACIN GENERAL DE LA LEY DE CONSERVACIN DE LA MATERIA

2011-IIQumica ILEY DE CONSERVACIN DE LA MATERIA LA MATERIA NO SE CREA NI SE DESTRUYE SLO SE TRANSFORMALa Ley de conservacin de la masa, fue enunciadapor Lavoisier de la siguiente manera: En cualquierproceso, ya sea qumico o fsico, la masa total del material que entra en el proceso es la misma que la del material que sale del proceso, siempre y cuando no tenga lugar una acumulacin

2011-IIQumica IEntrada Salida + Generacin Consumo = AcumulacinDe esta forma podemos tener la ecuacin general de balance de materia, sta puede expresar la materia en unidades de masa o de moles.La forma de plantear la ecuacin depender del tipo de proceso que est evaluando.

Entrada Salida + Generacin Consumo = 0

2011-IIQumica IEn sistemas estacionarios, se puedenestudiar varios casos :Sistemas sin reaccin qumica o balance de materia sin reaccin qumica.Sistemas con reaccin qumica o balance de materia con reaccin qumica.Sistemas mixtos o balances de materia combinados, donde ocurren ambos casos y se emplean ambas formas de la ecuacin,trabajando por lazos. En estos sistemas no se puede aplicar balance global.

2011-IIQumica IBalance de materia sin reaccin QumicaLa ecuacin general queda resumida en la siguiente forma:

Entrada = Salida

Ecuacin que representa el balance global de la materia del proceso, y si conociramos que A es un componente o especie que entra al proceso, podramos realizar un balance guindonos a partir del balance global, pero considerando slo la participacin de dicho componente en el proceso.

2011-IIQumica IEntonces, tenemos su balance por componente

Entrada de materia A = Salida de materia A

Debemos recordar tambin que la cantidad demateria de un componente (A) es una corriente de proceso (cuando est en mezcla) viene dada por:

2011-IIQumica IMasa:Moles:

2011-IIQumica IEn general, para procesos sin reaccin qumica y sin acumulacin de materia:

2011-IIQumica IEjemplos:

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