Balance de Materia y Energía

Objetivos

Establecer las diferencias entre las operaciones abordadas en sesiones anteriores.

Reforzar la metodología de cálculo utilizada para la resolución de ejercicios de Balance de materia.

Fomentar el orden, respeto y disciplina durante la sesión de trabajo.

Contenidos

• Psicrometría.• Procesos y Diagramas.• Secado y mezclado.• Extracción.• Absorción y Adsorción.• Cristalización.

Psicrometría

¿Psicrometría?

Es la rama de la Física relacionada con la medición o determinación de las condiciones del aire atmosférico particularmente respecto a la mezcla de aire seco y vapor de agua.

Es una rama de la ciencia que trata de las propiedades termodinámicas del aire húmedo y del efecto de la humedad atmosférica sobre los materiales y sobre el confort humano.

Estudia las propiedades de la mezcla aire-vapor

• Temperatura de Roció: Es la temperatura a ala cual se condensa el vapor de agua contenido en el aire, produciendo rocío, neblina o, en caso de que la temperatura sea lo suficientemente baja, escarcha.

• Temperatura de burbuja : Es la temperatura a la cual un líquido esta listo para vaporizarse se le conoce como punto de burbuja o temperatura de burbuja.

Temperatura de Bulbo Húmedo: Es la temperatura de equilibrio alcanzada por un liquido que se vaporiza en un gas se denomina temperatura húmeda y es siempre menor que la temperatura real del termómetro de bulbo seco del gas, en el cual tiene lugar la vaporización.

Es la Temperatura que se mide con un termómetro provisto de una mecha, que esta humedecida de liquido que se evapora en el gas cuando el termómetro se agita en el gas.

Líneas de humedad relativa

Líneas de temperatura húmeda

Líneas de entalpía

Líneas de Volumen

Propiedades del aire húmedo a nivel del mar si su T seca es 30ºC y la húmeda de 23ºC

Contenidos– Secado.– Mezclado.

Operación de secado• Esta operación tiene como fin eliminar la

humedad residual que contiene un solido, para hacerlo mas atractivo desde el punto de vista comercial, mejorar sus condiciones de almacenamiento y emplearlo en operaciones posteriores.

Mezclado

Se utiliza para preparar una combinación uniforme de dos o más sustancias, que pueden ser solidas, liquidas o gases o combinaciones de estas.

Por medio de esta operación se pueden preparar pastas, bebidas, embutidos y se aprovecha para aumentar la superficie de contacto entre las fases en otras operaciones cono absorción, extracción y secado.

Extracción Sólido Líquido• Consiste en tratar un sólido que esta formado por dos o

más sustancias con un disolvente que disuelva preferentemente uno de los sólidos, que recibe el nombre de soluto.

Esta operación recibe el nombre de lixiviación, al disolver y extraer sustancias inorgánicas.

Otro nombre empleado es de percolación; en este caso la extracción se hace con disolvente caliente o a su punto de ebullición.

Es decir que por medio de un disolvente se extrae un soluto que forma parte de un solido, como un aceite, una esencia

• Utilización de diagramas Triangular:

D

I S

I : Componente o componentes Inertes.S: Soluto o componentes a extraer.D: Disolvente

A

D

S

I= O

I= 0.2I= 0.4

I= 0.6I= 0.8

Xs

XD

• Si se supone que la sln retenida por unidad de soluto inerte permanece cte, el lugar geométrico de las mezclas de soluto inerte y sln es una paralela al lado de soluto.

• Si lo que permanece cte es el lugar geométrico de las mezclas solido inerte, el disolvente vendrá dado por la recta SK.

• En muchos otros casos esta relación varia y tiene que obtenerse experimentalmente

• Las rectas que representan la cantidad de sln retenida pos sólidos inertes nos darán las composiciones de la corriente inferior ò lodos.

• La hipotenusa DS nos dará las composiciones de la corriente superior.

D

S

I= O

I= 0.2I= 0.4

I= 0.6I= 0.8

Xs

XDDisolución / Inerte = Cte

• Las rectas que representan la cantidad de sln retenida por sólidos inertes nos darán las composiciones de la corriente inferior o lodos.

• La hipotenusa DS nos dara las composiciones de la corriente superior.

Extracción Liquido - LíquidoOperación que consiste en poner una mezcla liquida en

contacto con un segundo liquido inmiscible, que selectivamente extrae uno o más de los componentes de la mezcla.

Se emplea para extraer minerales solubles en la industria minera, también en la industria alimentaria, farmacéutica y en la industria de esencias y perfumería; refinación de aceites lubricantes y de solventes, para la extracción de productos que contienen azufre, y en la obtención de ceras parafìnicas.

Absorción

Operación de contacto gas – liquido en la que se desea separar uno o más componentes que se encuentran en la fase gaseosa, al ponerla en contacto con el liquido que va a ser selectivo, a los componentes que se van a separar y el liquido no tiene que ser puro.

• Operación mediante la cual se absorben los gases o vapores de sus mezclas por absorbedores líquidos (absorbentes).

• Absorbato: es el componente activo que se transfiere al liquido se le llama absorbente o solvente.

Tipos

• Física: Se facilita la recuperación del absorbato (desorción).

Existen fuerzas de atracción entre el absorbato y el solvente, esta en la mayoría de los casos; es reversible.

• Química: Existe reacción química entre el absorbato y el solvente (quimiabsorción)

Características del solvente

• Solubilidad: debe ser alta para que se a efectiva la operación y gastar menos solvente.

• Volatilidad: baja para que no se nos valla en el gas.

• No debe ser corrosivo.• Costo• No toxico y químicamente estable.• Viscosidad baja para que facilite la difusividad del

gas.

Cristalización

Operación unitaria por medio de la cual se obtienen sólidos cristalinos a partir de una solución liquida saturada.

Para lograr este operación las soluciones liquidas se deben sobresaturar, esto se logra a través de equipos llamados cristalizadores.

Concentración del soluto

K

M

IJ

G

A

CTem

pera

tura

S es el soluto y D el disolvente.Curva de solubilidad

E

H

• El área por arriba de la curva AEH representa al liquido insaturado con el soluto S.

• El área por debajo de la curva de saturación corresponde a los líquidos saturados de solutos del soluto S y sólidos cristalizados.

• El punto E recibe el nombre de entectico y representa la temperatura más baja que puede alcanzar una solución saturada con el soluto.

• Debajo de las línea CM se encuentran solamente sólidos.

• El área EHM representan mezclas de cristales de soluto S y de aguas madres o sea liquido saturado con S.

• ACE representa la región donde se invierte la cristalización, o sea, en ella se presentan cristales del solvente D y aguas madres saturadas de solventes.