Clase 2 Balance de Materia y Energia PDF

 

B L NCE DE M TERI Y ENERGÍ Dr. JUAN MARLON M. GARCÍA ARMAS

 

Definición de Balance de Materia Es una contab contabilidad ilidad exacta de todos los materiales que entran, salen, se acumulan o se agotan en un intervalo de operación dado. Se pueden distinguir cuatro tipos de balance de materia dependiendo del tipo de sistema:

En un sistema con entradas, salidas y reacciones químicas  Acumulación = Entrada –  Salida + Generación –  Consumo  Acumulación Sistema sin reacciones químicas  Acumulació  Acumulación n = Entrada –  Salida Sistema en estado estacionario, no hay acumulación ni reacciones químicas Entrada = Salida

Sistema sin corrientes de entrada ni de salida, pero con reacción química.  Acumulación  Acumulación = Generación Generación - Consumo

 

ECUACIÒN GENERAL DE BALANCE DE MATERIA

 

ENTRADAS:

SALIDAS:

Mp (Masa de product productos) os)

ME (Masa de entrad e ntrada) a)

OPERACIÓN UNTARIA

MR (Masa de residuos)

MN (Masa no identificada)

 

Tipos de Sistema Se llama sistema a cualquier porción arbitr arbitraria aria o completa de un procesos. Los sistemas se clasifican en:

e l que la materia se transfiere transfiere a través de Sistema abierto o continuo. Es aquel en el la frontera del sistema, es decir, decir, entra en el sistema, o sale de él, o ambas cosas.

Sistema cerrado o por lotes (batch). Es aquel en el que no hay transferencia de materia a través de la frontera del sistema.

 

Tipos de Procesos Industriales •

Estado estable

•

Estado No Estable

 

Procesos en estado estable Característico de los procesos continuos, las variables del proceso no cambian con el tiempo , hay fluctuaciones pequeñas alrededor de los valores promedio constantes. Se dice que el proceso está operando en régimen permanente, que el sistema está en estado estacionario.

Solución azucarada 25 0C , 100 kg/h

Vapor de agua 100 0C , 20 kg/h

Solución azucarada 100 0C , 80 kg/h

 

Procesos en estado no estable

Composición varía con el tiempo

Característico de los procesos no continuos, variables del proceso (al menos una) cambian con el tiempo.

Composición varía con el tiempo

 

paralelo lo Procesos en serie y en parale

 

Procesos en paralelo Se dan al mismo tiempo, simultáneam simultáneamente. ente. Ejemplo: dos corrientes que se calientan por separado para luego reaccionar

A A1

Calentamiento 1

2

P REACCIÓN

B1

Calentamiento 2

B2

 

Procesos en serie. Se dan uno a continuación de otro.

 

Balance en procesos sin reacciones químicas 1) Balance de masa total. Ejemplo:

100 kg cristalización 70 kg Solución saturada Licor madre Wcristales = ? ENTRADA 100

SALIDA = 70 + Wcristales

Por lo tanto: Wcristales = 30 kg

 

2) Balance de moles totales. Ejemplo:

100 moles 110 moles humidificación Aire húmedo Aire seco vapor de agua = ?

n ENTRADA

SALIDA

100 + nvapor de agua = 110 Por lo tanto:

nvapor de agua

= 10 moles

 

Balance de Materia en Varias Unidades de Procesos

 

¿Cuantos balances se establecen?

 

BALANCE DE ENERGÍA

 

BALANCE DE ENERGÍA

 

Importante Co Com mo la mayor oría ía de lo loss proce ceso soss in ind dustri rial ales es se des esar arrroll llan an a pres esiión con onsstan antte, masa i 

de una su susstan anci cia a des esde de T1 a T2 será:

el ca calo lorr ne nece cesa sari rio o pa parra ca cale len ntar un una a T 2



Q si  miC     pi dT  T 1

consid cons ider eran ando do un val alor or me medi dio o de dell cal alor or es espe pecí cífi fico co en el in inte terv rval alo o T1-T2 :

Q si



miC  pi   ( T 2

  

T 1 )

Par ara a gas ases es re real ales es se ha han n pr prop opue uest sto o ec ecua uaci cion ones es em empí píri rica cass de ti tipo po cu cuad adrrát átic ico: o:

C  pi



2 a   bT   cT 

 

BALANCES ENTÁLPICOS Aplicación a sistemas en que no se considera la contribución de la ener erg gía mecánica (variaciones de energía potencial y cinética despreciables) y que no in inte terrca camb mbia ian n tr trab abaj ajo o co con n el me medi dio: o:

m g (  z2  z1  )  (  H 2   H 1  )

1 m ( V 22 V 12  ) 2

  



Q



Q = H   2   – H 1

W 

 

BALANCES ENTALPICOS Ap Apli lica caci ción ón

a si sist stem emaas en ré régi gime men n es esta taci cion onar ario io qu que e in intter erca camb mbia ian n ca calo lorr con co n el me medi dio. o. Incl clu uye cambios en la temperatura, en el estado de agregación o en la natu na turral alez ezaa qu quím ímic icaa de la lass su sust stan anci cias as..



No se consid ide era la contri rib bución de la energía mecá cán nica (vari riaaciones de en ener ergí gíaa po potten enci cial al y ci ciné néti ticca de desp spre reci ciab able les) s) al es esttad ado o en ener erggéti ticco de dell sistema.



 

Problemas Resueltos y Propuestos

 

PROBLEMA PROBLEMASS DE BALANCE DE MA MATERIA TERIA

 

Problema propuesto

 

Problema propuesto

 

Problema propuesto

Escriba las ecuaciones de balance: total y para cada componente

 

PROBLEMAS DE BALANCE DE ENERGIA

 

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LUNES 10:40 – 1:20 PM

 

MUCHAS GRACIAS…

 

Sugerencia : calor que entra =calor que sale

 

Lunes 10:40 - 1:20 PM

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Sugerencia : calor que que entra entra =calor que sale