Este documento presenta un resumen de los conceptos fundamentales de balance de materia y energía en procesos químicos. Incluye las leyes de conservación de masa, gases ideales, densidad, unidades de concentración, y balances para sistemas en estado estacionario y no estacionario. El autor explica conceptos como exceso de reactivo, grado de conversión, tipos de procesos como isotérmicos y balance de energía para sistemas abiertos y cerrados.

1. REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO
“SANTIAGO MARIÑO”
EXTENSIÓN PORLAMAR
Profesor: Realizado por:
Ray González Jobalsy simosa
CI. 26.707.824
Porlamar, 31 de Octubre 2020
Balance de Materia y Energía en
Procesos en Estado Estacionario y
no Estacionario

2. INDICE
INTRODUCCIÓN……………………………………………………………………...…1
Conservacion De la masa ……….2
Ley de los gases ideales……………………………………………………3
Ley de Boyle, GAY-LUSSAC y Charles ( Ejemplos )
………….……………………4,5,6
Unidades Molares………………………………………………………..7
Exceso reactivo, grado de conversión y composición
porcentual………………………………..8
Densidad y pesos específico...……...........9
Balance de la materia een estado estacionario: Recirculación Purga y By
Pass, con Reacciones Química…….…………………10, 11
Tipos de procesos………………………………..……………….11
Balance de energía para sistemas abiertos………………..………12, 13
conclusion……………………………………………….………………………….14

3. INTRODUCCIÓN
La química es la ciencia que estudia la composición,
estructura, y propiedades de la materia así como los cambios
que esta experimenta durante reacciones químicas. Cualquier
proceso químico puede ser caracterizado con determinado
grado de eficiencia a partir de la realización de balances de
masa y de energía, siendo posible analizar instalaciones en la
etapa de diseño y en las etapas de producción tanto a nivel de
planta piloto como a escala industrial.
Los balances de materia y energía son una de las herramientas
más importantes con las que cuenta la ingeniería . Y se utilizan
para contabilizar los flujos de materia y energía durante un
determinado procesos industrial.

4. CONSERVACIÓN DE LA MASA
Ley de Lavoisier o ley de la conservación de la masa
“La masa no se crea ni se destruye, sólo se transforma”.
En una reacción química la suma de la masa de los
reactivos es igual a la suma de la masa de los productos
En toda reacción química la masa se conserva, esto es,
la masa total de los reactivos es igual a la masa total de
los productos.

5. Es un gas hipotético o teórico, es decir, imaginario, que estaría
compuesto por partículas desplazándose aleatoriamente y sin
interactuar entre sí. es una sustancia en estado gaseoso cuyas
partículas se mantienen en un número estable, sin efectos
electromagnéticos.
Su energía cinética es directamente proporcional a la temperatura.
GASES IDEALES
Los gases ideales es una simplificación de los gases reales que se
realiza para estudiarlos de manera más sencilla.
LEY DE LOS GASES IDEALES

6. A temperatura constante, el
volumen de una masa fija de
gas es inversamente
proporcional a la presión que
este ejerce. Matemáticamente
se puede expresar así: PV = k
donde k es cosntante si la
temperatura y la masa del gas
permanecen constantes.
Esto se formula para gases
ideales de la siguiente
manera: P1xV1 = P2xV2,
donde las variables con 1 son
iniciales y las variables con 2
son finales.
LEY DE BOYLE
Se desea comprimir 10 litros de
oxígeno, a temperatura ambiente y
una presión de 30 kPa, hasta un
volumen de 500 mL. ¿Qué presión
en atmósferas hay que aplicar?
P1= 30 kPa (1 atm / 101.3kPa) = 0.3
atm
500 mL= 0.5L.
P1V1= P2V2
P1= 0.3 atm
V1= 10 L
V2= 0.50 L
Despejamos P2 y sustituímos.
P2= P1 (V1/V2)
P2= 0.3 atm (10L / 0.50L)= 6 atm
EJEMPLO
FORMULA

7. Esta ley explica que la
presión de una masa de gas
cuyo volumen se mantiene
constante es directamente
proporcional a la
temperatura que posea.
Para los gases ideales, se
formula de la siguiente
manera: P1/T1 = P2/T2,
donde las variables con 1
son iniciales y las variables
con 2 son finales.
LEY DE GAY-LUSSAC
FORMULA
un gas ocupa un recipiente de 1,5
litros de volumen constante a 50ºC
y 550 mmHg. ¿A qué temperatura
en °C llegará el gas si aumenta la
presión interna hasta 770 mmHg?
Solución: relacionamos
temperatura con presión a volumen
constante, por lo tanto aplicamos la
Ley de Gay-Lussac: P1 / T1 = P2 /
T2, donde:
T1 = 50ºC → 50 + 273 = 323ºK
P1 = 550 mmHg
P2 = 770 mmHg
T2 = ?
Despejamos T2:
P1 / T1 = P2 / T2 → T2 = P2 / (P1 /
T1 )
T2 = 770/ (550 / 323) = 452,2 ºK
EJEMPLO

8. esta Ley que expresa la relación
constante entre la temperatura y
el volumen de un gas, cuando la
presión es constante.
Esto se formula, a efectos de los
gases ideales, como: V1 / T1 =
V2 /T2.
LEY DE CHARLES
FORMULA
un gas ocupa un volumen de
5,5 litros a una temperatura
de -193 ºC. Si la presión
permanece constante,
calcular a qué temperatura
en volumen sería de 7,5
litros.
Solución: ya que
relacionamos temperatura
con volumen a presión
constante, aplicamos la Ley
de Charles: V1 / T1 = V2 / T2,
donde:
T1 = -193ºC → 273 + (-193)
= 80 K
V1 = 5,5 litros, V2 = 7,5 litros
Despejamos la incógnita T2 :
V1 / T1 = V2 / T2 → T2 = V2 /
(V1 / T1 )
T2 = 7,5 / (5,5 / 80) = 109,1 K
EJEMPLO

9. UNIDADES MOLARES
es el número de moles de
soluto que están disueltos en 1
kilogramo de disolvente. La
molalidad se expresa en las
unidades (moles/Kg).
MOLALIDAD
se define como la cantidad de
soluto por unidad de volumen de
disolución, o por unidad de
volumen disponible de las
especies:2
MOLARIDAD
Unidad de concentración que
corresponde al número de
equivalentes de soluto por litro de
solución. La normalidad se calcula
tomando como referencia una
reacción determinada.
NORMALIDAD

10. El reactivo en exceso es aquel del cual tenemos más
de lo necesario para que se lleve a cabo la reacción
química, también será aquel que no se agote por
completo durante la reacción.
EXCESO DE REACTIVO
En una reacción química, relación entre
la cantidad convertida de un reactivo y
la cantidad alimentada del mismo.
GRADO DE CONVERSIÓN
La Composición Porcentual es una
medida de la cantidad de masa que ocupa
un elemento en un compuesto. Se mide
en porcentaje de masa.
COMPOSICIÓN PORCENTUAL

11. La densidad r de una sustancia, también llamada masa
especifica, es una propiedad característica o intensiva de la
materia y expresa la masa contenida de dicha sustancia en
la unidad de volumen.
Su valor se determina dividiendo la masa de la sustancia
entre el volumen que ocupa:
= kg/m3
DENSIDAD
El peso especifico de una sustancia también es una
propiedad característica su valor se determina dividiendo su
peso entre el volumen que ocupa.
Pe = Peso/volumen = N/m3
PESO ESPECÍFICO

12. .
Si no existe acumulación o consumo de materia dentro del sistema, se
dice que estamos en estado estacionario o uniforme. Si no existen
flujos de entrada y salida, se reduce al concepto básico la conser-
vación de la materia dentro de un sistema cerrado o aislado
BALANCE DE LA MATERIA EN ESTADO ESTACIONARIO
Recirculación Purga y By Pass, con Reacciones Química
Recirculación: parte de la corriente que sale de un proceso
se incorpora de nuevo el proceso
By pass: corriente que pasa por alto una o más etapas del proceso,
llegándo directamente a otra etapa posterior

13. TIPOS DE PROCESOS
Isotérmico: es un proceso en que tiene lugar la máxima
transferencia de calor, la temperatura permanece
constabte.
Adiabático: es aquel en el cual el sistema (generalmente un
fluido) no intercambia valor con su entorno.
Isobárico: El proceso químico se realiza a presión
constante.
Isocórico: El proceso químico se realiza a volumen
constante.
Isentropico: es aquel que además de ser adiabatico es
reversible ( vuelve a su estado original )
Purga: Corriente que se utiliza para eliminar una acumulación de
sustancias inertes o indeseables que de otra manera se acumularían
en el flujo de recirculación

14. en estos hay un flujo de materia que atraviesa los límites del mismo mientras el
proceso se lleva a cabo. Por lo tanto, para que la masa ingrese al sistema es
necesario efectuar un trabajo para empujar esta masa en el sistema y el
sistema debe realizar un trabajo sobre los alrededores para que la masa pueda
salir del sistema. ΔH’ + ΔE’c + ΔE’p = Q’ + WS
Esta ecuación establece que en un sistema abierto en estado estacionario, la
velocidad neta a la cual la energía es transferida a un sistema como calor y/o el
trabajo en el eje (Q’ + W’s ) es igual a la diferencia entre la velocidad a la cual
las cantidades (entalpía + energía cinética + energía potencial) son
transportadas fuera y dentro del sistema (ΔH’ + ΔE’c + ΔE’p)
BALANCE DE ENERGIA PARA SISTEMAS ABIERTOS

15. BALANCE DE ENERGIA PARA SISTEMAS CERRADOS
En la más general de sus formas, la primera ley dice que la velocidad
a la cual la energía (cinética + potencial + interna) es ingresada a un
sistema por un fluido, más la velocidad a la cual ingresa energía en
forma de calor, menos la velocidad a la cual la energía es
transportada por el fluido fuera del sistema, menos la velocidad a la
cual el sistema realiza trabajo sobre los alrededores, es igual a la
velocidad a la cual la energía se acumula en el sistema
El balance integral de un sistema cerrado debe ser planteado entre dos
instantes de tiempo (por qué?). Como la energía no puede crearse ni
destruirse, los términos de generación o consumo no tienen sentido,
llegando a:
Acumulación = entrada - salida