op. unitarias

1. Balance de materia
El balance de materia es un método matemático utilizado
principalmente en Ingeniería Química. Se basa en la ley de
conservación de la materia (la materia ni se crea ni se
destruye, solo se transforma), que establece que la masa de un
sistema cerrado permanece siempre constante La masa que
entra en un sistema debe, por lo tanto, salir del sistema o
acumularse dentro de él, es decir:
ENTRADAS = SALIDAS +ACUMULACIÓN
Si no hay acumulación ENTRADA = SALIDA.
Ejemplo
Se quema 1 Kmol de metano en un horno con un 20% de exceso de
aire. Determinar la composición de los humos en % base seca.
1.- El metano es un gas a temperatura ambiente, si se quema con aire
suficiente se convierte en CO2 y H2O. En la salida que serán los humos
aparecerá por lo tanto CO2, H2O, N2 y O2 por haber aire excedente. No
aparecerá el metano CH4 porque la reacción con aire suficiente se
considera completa. El exceso se supone siempre sobre la cantidad
estequiométrica.
2, 3, 4.- Se dibuja el diagrama colocando datos y reacciones:
5, 6.- La base más cómoda de cálculo está en el enunciado y es 1 Kmol
de CH4.

2. 7.- Existe una condición particular que liga el oxígeno estequiométrico
con el aire total que entra (exceso del 20%):
Oxígeno estequiométrico : 2 Kmol ya que la reacción requiere 2 moles
de oxígeno por mol de metano.
Aire necesario de entrada: 2·1,2/0,21 Kmol.
Resulta cómodo calcular el oxígeno que sale por diferencia entre el que
entra y el que ha reaccionado:
O2 a la salida Kmol = 2·1,2 - 2 = 0,4 Kmol.
Balance de Carbono:
A la entrada: CH4: 1 Kmol = CO2 a la salida. Por lo tanto CO 2 = 1
Kmol.
Balance de Nitrógeno:
A la entrada 2· 1,2·0,79/0,21 Kmol = N2 a la salida.
Balance de Hidrógeno:
A la entrada (1Kmol CH4) · 4 = H2O ·2 en salida
H2O = 2 Kmol en la salida, aunque al pedir la composición en base seca
no es necesaria.
8.- La composición molar queda:
CO2 : 1·100/(0,4 + 1 + 9,02) = 9,59 %
N2 : 9,02·100/(0,4 + 1 + 9,02) = 86,57 %
O2 : 0,4·100/(0,4 + 1 + 9,02) = 3,84 %
9.- Comprobación :
Masa a la entrada : 1 Kmol CH4 · 16 + 2,4 Kmol O2 · 32 + 2,4 · 0,79/0,21
Kmol N2· 28 = 345,6 Kg.
Masa a la salida: 1 Kmol CO2 · 44 + 2,4 · 0,79/0,21 Kmol N2· 28 + 0,4
Kmol O2 · 32 +

3. 2 Kmol H2O · 18 = 345,6 Kg
El resultado es por consiguiente correcto.