Novena de Pentecostés con textos de san Juan Eudes
Ramos Marco_Unidad 2_Resumen videos.docx
1. B Salida
Entrada A
Salida
C
B
E
A
D
C F
Acumulación
B C
D
S
a
l
i
d
a
BALANCE DE MASA
Es la cuantificación de
entradas y salidas de
masa en un proceso o en
una parte de éste.
Es la contabilización de
las sustancias que
participan en el proceso.
Proceso
Está formado por una
unidad de operación o
varias.
1
2
3
Elementos de un
balance de masa
Entrada
Generación
Acumulación
Salida
Unidad de
proceso
Separador
F
Generación
A
Entrada
2. 1 𝑚𝑜𝑙 𝑂2 = 32 𝑔𝑂2
1 𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑂2 = 32 𝐾𝑔𝑂2
1 𝐿𝑏𝑚𝑜𝑙 𝑂2 = 32 𝐿𝑏 𝑂2
Sistema
estacionario
Son las propiedades del sistema y se mantienen constantes en el
tiempo.
Eventos de la
unidad de proceso
Con reacción química: Se tiene en cuenta la entrada, generación,
acumulación y salida.
Sin reacción química: Se emplea una fórmula: Entra – Sale = 0
(Corrientes o flujos).
Tipos de flujos
Flujo másico Es la cantidad de masa de una sustancia que atraviesa una sección
transversal en un tiempo determinado.
𝑺𝑰 =
𝒌𝒈
𝒔𝒆𝒈
,
𝒌𝒈
𝒉
Unidades:
𝒎𝒂𝒔𝒂
𝑻𝒊𝒆𝒎𝒑𝒐
𝑺𝑩 =
𝑳𝒃
𝒔𝒆𝒈
,
𝑳𝒃
𝒉
Flujo volumétrico
Es la cantidad de volumen de una sustancia que atraviesa una
sección transversal en un tiempo determinado.
𝑺𝑰 =
𝒎𝟑
𝒔𝒆𝒈
,
𝒎𝟑
𝒉
Unidades:
𝒎𝒂𝒔𝒂
𝑻𝒊𝒆𝒎𝒑𝒐
𝑺𝑩 =
𝒇𝒕𝟑
𝒔𝒆𝒈
,
𝒇𝒕𝟑
𝒉
Flujo molar Es la cantidad de moles de una sustancia que atraviesa una sección
transversal en un tiempo determinado.
𝑺𝑰 =
𝒌𝒎𝒐𝒍
𝒔𝒆𝒈
Unidades:
𝒎𝒂𝒔𝒂
𝑻𝒊𝒆𝒎𝒑𝒐
𝑺𝑩 =
𝑳𝒃𝒎𝒐𝒍
𝒔𝒆𝒈
4. EJERCICIO PARA REALIZAR
Una planta química destila 10.000 kg/h de una solución al 20% de acetona en
agua. Se pierde 50 kg de acetona pura en el residuo acuoso. La acetona
destilada contiene 90% acetona y 10% agua. Calcule los flujos de destilado y
del residuo.
D
90% de acetona
10% 𝐻2𝑂
A
20% de acetona Columna de destilación
80% 𝐻2𝑂
10.000 Kg
R 𝐻2𝑂
50 Kg de acetona
Balance global de la materia
𝑨 = 𝑫 + 𝑹
10.000 = 𝐷 + 𝑅
Balance por componentes
Balance para acetona
0.20 (𝐴) = 0.9 (𝐷) + 50
0.20 𝐴 = 0.9𝐷 + 50
Destilado
𝐷 =
0.20𝐴 −50
0.9
𝐷 =
0.20(10.000)−50
0.9
𝐷 = 2166.66
𝑘𝑔
ℎ
//
Balance para agua
0.80 (𝐴) = 0.10 (𝐷) + (𝑅 − 50)
0.80 𝐴 = 0.10 𝐷 + 𝑅 − 50
Residuo
5. 10.000 = 2166.66 + 𝑅 𝑅 = 10.000 − 2166.66 𝑅 = 7.833.34
𝑘𝑔
ℎ
//
VIDEO 2
EJERCICIO
Se encontró que una pulpa húmeda de papel contenía 71% de agua. Después
de secarla se encontró que se había el eliminado el 60% de agua original.
Calcular:
a) La cantidad de pulpa seca.
b) La masa de agua eliminada por kg de pulpa húmeda.
𝐻2𝑂
Pulpa húmeda Pulpa seca
71%
1 = 0.426 + 𝑥 𝑥 = 1 − 0.426 = 0.574 𝑘𝑔
Base de cálculo: 1 kg de pulpa húmeda
𝐻2𝑂: 1 𝑘𝑔 𝑃𝑢𝑙𝑝𝑎 ℎú𝑚𝑒𝑑𝑎 ×
71 𝑘𝑔 𝐻2 𝑂
100 𝐾𝑔 𝑃𝑢𝑙𝑝𝑎 ℎú𝑚𝑒𝑑𝑎
= 0.71 𝑘𝑔 𝐻2𝑂 × 0.6 =
0.426 𝑘𝑔 𝐻2𝑂
BALANCES DE MASA SIN REACCIÓN QUÍMICA
Se ha diseñado un evaporador para una alimentación de 11500 kg/día de zumo
de pomelo de forma que evapore 3000 kg/día de agua y se obtenga una
disolución concentrada al 50%. ¿Con qué concentración inicial se deberá
alimentar el zumo y que cantidad de disolución concentrada al 50% se obtiene?
𝑤 = 3000 𝑘𝑔/𝑑í𝑎
𝐹 = 11500 𝑘𝑔/𝑑í𝑎 ¿𝑃?
¿𝑥?
50%
𝐸𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 = 𝑆𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎
Secadero
Evapo
rador
6. Balance global total
𝐹 = 𝑊 + 𝑃
11500 = 3000 + 𝑃 → 𝑃 = 8500
𝐾𝑔
𝑑í𝑎
//
Balance global parcial (zumo)
𝐹1𝑥 = 𝑤 × 0 + 𝑃 × 0.5
11500 × 𝑥 = 𝑃 × 0.5 → 𝑥 =
8500 ×0.5
11500
= 0.37 //
BALANCE DE MATERIA A UN EVAPORADOR – CRISTALIZADOR
En un proceso en el que se produce 𝐾𝑁𝑂3 se alimentan 1000 𝑘𝑔/ℎ de una
disolución que contiene 20% en peso de 𝐾𝑁𝑂3. Esta disolución entra en un
evaporador en el que se elimina agua para producir una disolución al 50% de
𝐾𝑁𝑂3. Esta última se introduce a un cristalizador a 38°𝐶 y se obtienen cristales
con un 96% en peso de 𝐾𝑁𝑂3. Las aguas madres salen con 37.5% de 𝐾𝑁𝑂3 y
se reciclan al evaporador. Calcular la cantidad de corriente reciclada y la
cantidad de cristales producidos.
𝑤 𝐻2𝑂
𝐹 = 1000 𝐾𝑔/ℎ K P
20% 𝐾𝑁𝑂3 50% 𝐾𝑁𝑂3 96% 𝐾𝑁𝑂3
80% 𝐻2𝑂 R 4% 𝐻2𝑂
37.5% 𝐾𝑁𝑂3
INCOGNITAS: 𝑤,𝑘, 𝑅, 𝑃
Balance global total
𝐹 = 𝑤 + 𝑃 → 1000 = 𝑤 + 𝑃 𝑤 = 791.67 𝑘𝑔
Balance global parcial (𝑲𝑵𝑶𝟑)
1000 × 0.2 = 𝑤 × 0 + 𝑃 × 0.96 𝑃 = 208.33 𝑘𝑔
Balance total (evaporador)
𝐹 + 𝑅 = 𝑤 + 𝐾 → 1000 + 𝑅 = 791.67 + 𝐾 𝑅 = 766.7 𝑘𝑔
Balance parcial (𝑲𝑵𝑶𝟑)
1000 × 0.2 + 𝑅 × 0.375 = 𝑤 × 0 + 𝐾 × 0.5 𝐾 = 975.01 𝑘𝑔
Evaporador Evaporador
7. Grados de libertad (F)
𝐹 = 𝑉 − 𝐸𝑐 − 𝑁𝑒 − 𝑁𝑟
Tienen como finalidad
determinar si un proceso se
encuentra o no correctamente
definido, es decir, si se
encuentra con la información
suficiente para poder dar una
respuesta a un determinado
problema
Puede tomar 3 valores
diferentes:
𝐹 < 0
𝐹 > 0
𝐹 = 0
8. RESOLUCIÓN MANUAL SECUENCIAL
OBJETIVOS
Los objetivos al hacer la
resolución manual
secuencial de balances
de materia es afianzar el
concepto de balance de
materia aplicado a un
diagrama de flujo.
También aprender la
metodología de
resolución de balances
de materia manual
secuencial.
Como introducción
tenemos que los
balances de materias se
basan en el principio de
conservación de la
materia y permiten
determinar todos los
caudales y las
composiciones de todas
las corrientes del
proceso a partir de unas
pocas especificaciones
o datos.
INTRODUCCIÓN
Los balances se basan en el principio
de conservación de la materia y de la
energía. La materia de la energía no
se crea ni se destruye, solo se
transforma. Es un sistema que se
cambia y se puede describir a partir
de entradas y salidas, como
ecuación tenemos que la:
Acumulación = entradas – Salidas +
Generación
EJEMPLO
Un ejemplo sería en el caso de las
cuentas corrientes bancarias, tenemos
una serie de entradas (ingresos), una
serie de salidas (gastos) y también
tenemos una serie de generación de
dinero positiva o negativa (intereses +,
comisiones -) y a cierta fecha tenemos lo
que es el saldo que sería la cantidad que
hemos metido en esa cuenta bancaria
por lo tanto la ecuación general vendría a
ser:
Saldo = Ingresos – Gastos + Generación
(+/-)
PASOS PARA LA RESOLUCIÓN DE
LOS BALANCES DE MATERIA.
1. Dibujar un diagrama de flujo y
enumerar las corrientes.
2. Identificar las variables de cada
corriente y etiquétalas.
3. Introducir en el diagrama de flujo el
valor de las variables especificadas.
4. Realiza el análisis de grados de libertad
para cada una de las unidades, para el
sistema global y del proceso total.
5. Plantear y resolver los balances según
el criterio dado por los grados de
libertad. Puede ser comenzando por
aquella unidad que tenga 0 grados de
libertad.
9. Azúcar 𝑚2 = Agua 𝑚4 =
2 𝑋𝑎2 = 1 4 𝑋𝑤4 = 1 Producto final
1 3 5
𝑚1 = 200 𝑘𝑔 𝑚3 = 𝑚5 =
𝑋𝑤1 = 0.9 𝑋𝑤3 = 𝑋𝑤5 = 0.7
𝑋𝑠1 = 0.1 𝑋𝑠3 = 𝑋𝑠5 = 0.15
𝑋𝑎2 = 𝑋𝑎5 = 0.15
PLANTEAMIENTO DEL ANALISIS DE GRADOS DE LIBERTAD
EN PROBLEMAS DE BALANCES DE MATERIA
INTRODUCCIÓN
Un análisis de grados de libertad es contar
sistemáticamente en un sistema el:
Número total de variables independientes
– Número total de balances
independientes – Número de
especificaciones independientes – Número
de relaciones identificadas independientes
= Grados de Libertad
Grados de libertad obtenidos:
>0 Problema con infinitas soluciones.
= 0 Problema con una única solución.
< 0 Problema mal planteado.
OBJETIVO
Que al final de la exposición
sepamos plantear un análisis de
grados de libertad para poder
abordar de manera secuencial
la resolución de problemas de
balances de materia.
EJEMPLO
Una masa de 200 kg de un producto líquido con un contenido
en sólidos de 10% se mezcla con azúcar puro. A continuación,
con el fin de concentrar la mezcla, se introduce ésta en un
evaporador. El producto obtenido finalmente posee un 15% de
azúcar.
Mezclador Evaporador
Producto
líquido
