01 - Balance de Materia a Regimen Permanente

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE QUÍMICA

LABORATORIO DE INGENIERÍA QUÍMICA 1

EXPERIMENTO 1: BALANCE DE MATERIA A REGIMEN PERMANENTE

ALUMNO: VALENTE RAMÍREZ LUIS ÁNGEL

PROFESOR: HECTOR GERARDO MÉNDEZ FREGOSO

2 DE SEPTIEMBRE DEL 2016

INTRODUCCIÓN Los principios fundamentales dentro de la Ingeniería Química son sencillos en su forma y enunciado, no obstante, a veces resulta complicado, y se requiere de práctica para entender y aplicar los conocimientos adquiridos. Un tema base dentro de esta rama es el balance de materia o masa, que de manera sencilla consiste en un método matemático basado en la ley de conservación de materia, en términos burdos lo que entra en un sistema sale o si es el caso se acumula dentro de un sistema, el cual es imprescindible en cualquier proceso dentro del sector industrial. En el experimento, se estudia un proceso en régimen permanente, es decir, las variables del proceso (temperaturas, presiones, volúmenes, velocidades de flujo) no cambian con respecto al tiempo, excepto, por fluctuaciones pequeñas alrededor de los valores promedio constantes. Así pues, se sabe teóricamente que, para los procesos continuos, la ecuación general de balance corresponde a la siguiente expresión: Entrada + producción = salida + consumo Esta ecuación general de balance puede escribirse para cualquier sustancia que entre o salga de cualquier proceso, para cualquier especie atómica (balance parcial de masa) o para las masas totales de los flujos de entrada y salida (balance total de masa). Cabe destacar que en nuestro proceso el término de acumulación en la ecuación de balance debe ser igual a cero, de lo contrario, la cantidad de la sustancia en el sistema debe necesariamente cambiar con el tiempo y, por definición, el proceso no se llevaría a cabo en régimen permanente, asimismo como no ocurren reacciones químicas, los términos de producción y consumo son iguales a cero. Por lo tanto, la ecuación de balance de masa toma la forma: Entrada = salida. Desde luego, dentro del balance de materia se involucran variables tales como flujo de entrada, flujo de salida, composiciones o concentración de las sustancias involucradas en el sistema y la tarea de todo ingeniero químico es determinar cada una para manejar adecuadamente cualquier proceso.

PROBLEMA:

Determinar el flujo másico en g/min con el que se debe operar la bomba que transporta la solución MEG-AGUA del tanque "A" al mezclador, así como su composición en % masa, para que, al mezclarse con la corriente de flujo de composición desconocida, que va del tanque "B" igualmente al mezclador, por la acción de una bomba que opera en la posición No. 4 de su control de velocidad, se genere una corriente de flujo en la salida del mezclador con el 20% en masa de mono etilenglicol (MEG).

Materiales: 

   

15 vasos de precipitado de 100 ml Cronometro Balanza digital Agitador magnético 13 jeringas

 

 

Refractómetro 2 mangueras para enfriamiento del refractómetro Algodón Piseta con agua destilada



   

Mampara o canastilla de agitación Franela Bomba manual Vasi de precipitado del 4 L. 3 cubetas de 10 L.



Sustancias:



Dos soluciones MEG-AGUA de diferente composición almacenada en los contenedores ubicados junto al equipo experimental, y etiquetados con las letras “A” y “B”.



RESULTADOS: 

Tabla 1. Medición de flujo de la No . De va so





1





2







3







No. De Vel.







4



bomba M  a s a (g ) 8  5 , 1 7  5 , 2 8  5 , 3 

"B" Ti e m po (s)



 

Fluj o (g/ min )

5, 21



980, 03

4, 74



951, 89

5, 63



909, 05

Pr o m ed io



946. 99

   

 No.



Tabla 2. Medición de flujo en la salida del 



N o. D e v a s o 4



5





6





De Vel.



4

M a s a

No.







N o. D e v a s o 7



8





9





De Vel.



6

7 0 , 3 7 1 , 4 6 7 , 3

M a s a

No.



N

Tie mp o (s)



IR



%Mas a



3,6 6



1152, 45



1,3 55



22,8



3,8 4



1115, 62



1,3 55 5



23,3



3,4 4



1173, 83



1,3 55



22,8





1147, 3



22,96 7



Flujo (g/mi n)



Pro me dio IR





Pro me dio Tie mp o (s)



%Mas a



3,8



1281, 88



1,3 55



22,8



3,5 5



1227, 04



1,3 54 5



23,3



3,3 1



1287



1,3 54 3



22,1



Pro me dio



1265, 30667



Pro me dio



22,73 33333

( g ) 

8 1 , 4 7 2 , 6 9 6 , 5









( g )





mezclador  Flujo (g/mi n)





M



Tie



Flujo



IR



 %Mas

 CUESTIONARIO 

Actividades previas

1. Elaborar un diagrama de flujo en el que se describa claramente la parte del proceso de mezclado con las corrientes de flujo. 2. Plantear la ecuación de balance total y la del balance por componente, usando la nomenclatura indicada.   

XMEG(c)Fc = XMEG(A) FA + X MEG(B) FB

3. Identificar      

F m3 /s 

F

g/min

✓

✓

✓ 

XAgua

g

✓



XMEG

g

✓

ρ



g/cm3

  4. Formular un sistema de ecuaciones similar al punto 2 para cada una de las velocidades en las que se operó la bomba “A”             1) Con la información de resolver las ecuaciones determinar las las corrientes A y B. 

las tablas 1 y 2, del punto 4 para concentraciones de

En la tabla 1 se muestra que el flujo de la bomba “B” a una velocidad de 4 es: 946.99 ≈ 947.00 

Velocidad  Número 3

 

Balance de Materia g g 1147.3 =947,00 +F A min min

 

Número 6 

 

Número 8 



F A =199.4 1265.30

g g =947,00 + FA min min

F A =318.00 1492.48

g g =947,09 + FA min min

F A =545.48

    2) Con el resultado obtenido en el punto anterior, resolver las ecuaciones del punto 1 para determinar la respuesta del problema (el flujo masico en g/min con el que debe operar la bomba A.      3) Con el valor del flujo másico determinado en el punto anterior, determine el número de velocidad con la cual la bomba A debe operar.     4) Seleccione en la bomba A el número determinado en el punto anterior.   

5) Operar el sistema de mezclado como se ha indicado en los puntos correspondientes para resolver el problema planteado.   6) Medir el flujo masico y su composición a la salida del mezclador, para comprobar que el flujo masico de la bomba A determinado si es correcto.  7) En función del resultado del punto anterior, hacer un análisis de los balances de materia aplicados en el sistema de mezclado, dar conclusiones. Si el resultado experimental no coincide con el determinado por el balance de materia, analice el porqué de la diferencia y hacer nuevamente la experimentación para corregirlo.  

CONCLUSIÓN



En conclusión, el balance de materia juega un papel muy importante dentro de cualquier proceso de estudio, este involucra diferentes variables (flujo másico y composiciones), que deben ser consideradas dentro del método matemático como balance.



Desde luego el balance de materia tiene como principio la conservación de materia, de tal forma que deben de cuadrar los gastos másicos de entrada con los de salida, y tomando como referencia dichos valores, se logra además determinar la composición másica de nuestras sustancias involucradas.



No obstante existen factores dentro del procedimiento experimental que afectan los resultados, tales como las mediciones de tiempo, o bien , mecánicos en cuanto al manejo o funcionamiento adecuado del equipo empleado, de esta forma, los valores de composición calculados fueron diferentes a los reales existiendo un mínimo porcentaje de error, desde luego se obtiene práctica y se aprende de tal experiencia para verificar y mejorar el trabajo en búsqueda de obtener posteriormente un resultado satisfactorio.



Finalmente, el presente experimento nos ayudó a reforzar los conocimientos adquiridos en el curso de balance de materia.

