Balance de Materia sin reacción química

Realizadopor:Ing.JhoannaRamones
Presentado Por:
Ing. Jhoanna Ramones
“BALANCE DE MATERIA EN
ESTADO ESTACIONARIO SIN
REACCIÓN QUÍMICA”
DEPARTAMENTO: ENERGÉTICA
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL FRANCISCO
DE MIRANDA
ÁREA DE CONOCIMIENTO: PRINCIPIOS DE
INGENIERIA QUIMICA
ÁREA ACADÉMICA: TECNOLOGÍA

PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA MASA
CLASIFICACIÓN DE LOS PROCESOS
OPERACIONES BÁSICAS EN ING. QUÍMICA
TIPOS DE ARREGLOS DE FLUJO
BASE DE CÁLCULO
BALANCE TOTAL/COMPONENTE SIN REACCIÓN
ELEMENTOS DE CORRELACIÓN
RECICLO Y DERIVACIÓN, PUNTO DE MEZCLA Y PURGA
SATURACIÓN Y HUMEDAD
TEMA 1:
Balance
de Materia
Sin Reacción
Química

La materia no se crea ni se destruye,
sólo se transforma.
Lavoisier (1743-1794)
ECUACIÓN GENERAL DE BALANCE
Lo que entra a
través de las
fronteras del
sistema
ENTRADA
Lo que se
consume dentro
del sistema
CONSUMO
Lo que sale a
través de las
fronteras del
sistema
SALIDA
Lo que se
produce dentro
del sistema
GENERACIÓN
Lo que se
acumula dentro
del sistema
ACUMULACIÓN
PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA MASA
Inicio

CLASIFICACIÓN DE LOS PROCESOS
FORMA DE
ALIMENTACIÓN
•Continuos
•Discontinuos o Semi-continuos
•Intermitentes (Por lotes/carga)
•Estacionario
•No Estacionario (Transitorio)
COMPORTAMIENTO
RESPECTO AL
TIEMPO
Inicio

FORMAS DE EXPRESAR CONCENTR
• Concentración Másica
• Concentración Molar
• Concentración Molal
• Fracción Másica (Xi)*
• Fracción Molar (Yi)*
PROPIEDADES
IMPORTANTES
• Peso Molecular
(PM)
• Densidad (ρ)
• Gravedad
Específica (GE)
(Densidad Relativa)
• Volumen Específico
( )
• Peso Específico (γ)
• Temperatura (T)
• Presión (P)
Vˆ
MANEJO DE UNIDADES
• Sistemas de Unidades
• Factores de Conversión
Uso de la densidad y
el peso molecular
como un factor de
conversión
* Las nomenclaturas Xi y Yi para fracciones másica y molar, respectivamente, son utilizadas por algunos autores,
sin embargo, es importante aclarar que en los sistemas líquido-vapor, Xi representa la fracción molar del líquido y
Yi la fracción molar del vapor.
NOMENCLATURA
• Cantidades
másicas/molares (mi/ni)
• Flujos másicos/molares
( )
• Propiedades
Específicas ( )
ii n/m 
Zˆ
Inicio

DIMENSIÓN /
SISTEMA
UNIDAD EN EL S.I. UNIDAD EN EL S.A.I
B
A
S
I
C
A
S
LONGITUD METRO (m) PIE (ft.)
MASA KILOGRAMO (Kg.) LIBRA (Lb.)
TIEMPO SEGUNDO (s) SEGUNDO (s)
TEMPERATURA
(Abs)
KELVIN (K) RANKINE (R)
CANTIDAD DE
SUSTANCIA
MOL (mol) LIBRAMOL (Lbmol)
D
E
R
I
V
A
D
A
ENERGÍA JOULE (J) (N.m) BTU (ft.LBF)
FUERZA NEWTON (N)
(Kg.m/s2)
LBF
POTENCIA WATT (W) (J/s) Hp
DENSIDAD Kg./m3 Lb./ft3
PRESIÓN PASCAL (Pa) (N/m2) PSI (LBF/pulg2)
FACTORES DE
CONVERSIÓN
Los factores de
conversión permiten
convertir una
cantidad expresada
en términos de una
unidad a su
equivalente en
términos de otra.
Permiten expresar
todas las cantidades
en un mismo
sistema, lo que
garantiza
homogeneidad
dimensional y los
Manejo de Unidades
Inicio

El Peso Molecular y la Densidad pueden usarse como
factores de conversión para transformar entre moles,
masa y volumen
h
m
972,0
h1
s3600
cm100
m1
g1
cm1
mol
g
18
s
mol
15
h/ms/mol15
h
lbm
672,35
h1
min60
g1000
lbm202,2
mol
g
18
min
mol
15
h/lbmmin/mol15
333
3










MOLES MASA VOLUMENPESO MOLECULAR DENSIDAD
AGUA
ρ=1g/cm3
PM=18 g/mol
Inicio
Ir a Principal

Propiedades Importantes

 
i
i
ii
PM
X
1
PM*Y
n
m
PM
Cº4@Cº4@
GE
ref
sust
ref
sust
sust






PESO
MOLECULAR
DENSIDAD
GRAVEDAD
ESPECÍFICA
VOLUMEN
ESPECÍFICO
g
V
gm
V
w
*
*

PESO
SPECÍFICO
V
m
V
m





1
m
V
Vˆ
ESCALAS DE TEMPERATURA
• RELATIVAS: Celsius (ºC) y
Fahrenheit (ºF)
• ABSOLUTAS: Kelvin (K) y
Rankine (R)
1K=273,15 ºC y 1R=459,67 ºRESCALAS DE PRESIÓN
• Absoluta (Referencia: 0 absoluto.
Siempre >0)
• Atmosférica (La que se mide con
un barómetro)
• Manométrica (Referencia: La
presión atmosférica)
• De Vacío (Las que se toman
como negativas por debajo de
Patm)Ir a Principal
Inicio

Formas de expresar Concentración
NTRACIÓN: Relación entre las cantidades de un componente y el total de la mezcla que lo
A: Relación entre la masa de un componente por unidad de volumen de mezcla. (No confu
Relación entre los moles de un componente por unidad de volumen de mezcla. (Molaridad
L: Relación entre los moles de un componente por unidad de masa de mezcla. (Molalidad e
FRACCIÓN MÁSICA (Xi): Relación entre la masa de un componente y la
masa total de la mezcla. Al multiplicar por 100 se obtiene el porcentaje
másico del compuesto en la mezcla.
m
m
m
m
X ii
i



FRACCIÓN MOLAR (Yi): Relación entre los moles de un componente y los
moles totales en la mezcla. Al multiplicar por 100 se obtiene el porcentaje
molar del compuesto en la mezcla.
n
n
n
n
Y ii
i



Inicio

TIPOS DE ARREGLOS DE FLUJO
PROCESO
E1
S2
S1
E2
PROCESO
E1
E2
S1
S2
ETAPA 1 ETAPA 2E1
E2 E3
S2
S1 S3
S4
Inicio

BASE DE CÁLCULO (BC)
Es la cantidad (masa o moles) o velocidad de flujo (másico o molar) que se
toma como referencia para el cálculo de los balances en un proceso.
Su selección adecuada facilitará la resolución del problema planteado.
Si el enunciado indica la cantidad o velocidad de flujo de una corriente, es
conveniente tomarla como BC, sino, se puede suponer un valor arbitrario,
preferiblemente de una corriente de composición conocida.
No obstante, se pueden resolver los balances de materia con una BC distinta
y al final se hace la conversión a la base de cálculo deseada, a partir de un
Factor de Escala (FE), luego, basta con multiplicar las cantidades o
velocidades (mas no las fracciones) por el FE para extrapolar a la escala real
del proceso
Inicio
UsadaBC
PedidaBC
BCU
BCP
FE  (Ambas referidas a la misma
variable)

BALANCE TOTAL/COMPONENTE SIN REACCIÓN
ESTADO ESTACIONARIO 
Ac=0
SIN REACCIÓN QUÍMICA 
G=0 y C=0
SISTEM
A
E1
E2
E3
En
S1
S2
S3
Sn
E1 + E2 + E3 +…+ En = S1 + S2 + S3
+…+Sn
 

n
i
i
n
i
i SE
11
BALANCE TOTAL
 

n
i
iA
n
i
iA SE
1
,
1
,
BALANCE POR
COMPONENTE
Inicio

Inicio
ELEMENTOS DE CORRELACIÓN
Son componentes que pueden ser usados para
relacionar la cantidad de corriente de un proceso con otra
corriente, ya que usualmente no cambian durante el
proceso.
• Sólidos en procesos de deshidratación.
• Sólidos en procesos de secado.
• Nitrógeno en procesos de combustión.

RECICLO Y DERIVACIÓN, PUNTO DE MEZCLA Y PURGA
Es una corriente que devuelve material
desde aguas abajo a aguas arriba de
una o más unidades del proceso. Para:
• Aprovechar reactivos no consumidos,
• Recuperar catalizadores
• Controlar alguna variable del proceso,
entre otras.
O By-Pass, consiste en desviar parte de
una corriente, de modo que no fluya por
una o más unidades del proceso,
llegando directamente a una etapa
posterior
RECICLODERIVACIÓNPURGA
Inicio
Es una corriente que se desvía
generalmente de un reciclo para evitar
acumulación de sustancias inertes o
indeseables en el proceso
PROC
ESO
M
PROC
ESO
M
M PUNTOS DE MEZCLA
PROC
ESO
M

EJEMPLO
PLANTA DE
ACABADO
UNIDAD DE
TRATAMIENTO
1 2
3
4
5
6
LAGUNA DE
DESECHOS
El agua de desecho de una planta de
acabado de metales contiene una corriente
con 5 % en peso de cromo (Cr). La corriente
de desecho se alimenta a una unidad de
tratamiento que elimina 95% del cromo en la
alimentación y lo recircula a la planta. La
corriente de líquido residual que sale de la
unidad de tratamiento se envía a una laguna
de desechos. La unidad tiene una capacidad
máxima de 4500 kg/h de agua de desecho.
Si ésta
sale de la planta de acabado a mayor velocidad, el exceso (cualquier
cantidad superior a 4500 kg/h) se deriva de la unidad, se mezcla con el
líquido residual que sale de la misma y la corriente combinada pasa a la
laguna de desechos. Si el agua de desecho sale de la planta de acabado a
una velocidad de 6000 kg/h Calcule la velocidad de flujo del líquido hacia la

Máxima cantidad de vapor de un
líquido que puede estar contenida en
un determinado gas. En este punto la
presión parcial del vapor iguala la
presión de vapor del líquido a la
temperatura del sistema y la mezcla
gaseosa está en su punto de rocío
Ocurre cuando el tiempo de contacto
no es suficiente para que el gas se
sature con vapor del líquido PA<PA*(T)
SATURACIÓN HUMEDAD
Cualquier
mezcla
gas-vapor
Sistem
a Aire-
Agua
Inicio
SATURACIÓN
SATUR
ACIÓN
PARCI
AL
CONCENT
RACIÓN
DEVAPOR
ENUN
GAS
• Saturación (Humedad)
Relativa
Molar (molal).
DIAGRAMAS
PSICROMÉTRICO
S

secoairedemasa
aguadevapordemasa
HA
PM*)PP(
PMP
SA
gsv
vv



)T(P
P
HR
)T(P
P
SR *
OH
OH
*
v
v
2
2

secoairedemoles
aguadevapordemoles
HM
)PP(
P
SM
v
v






















OH
OH
*
v
*
2
2
PP
)T(PP
*HRH%100*
PP
)T(PP
*SRS%
SATURACIÓN (HUMEDAD)
RELATIVA: Representa una fracción
de la saturación total, por tanto, se
determina la relación entre la presión
parcial del gas y la presión de vapor
del líquido a la temperatura del sistema
SATURACIÓN (HUMEDAD) MOLAR:
Relación entre los moles de vapor y los
moles de gas libre de vapor
SATURACIÓN (HUMEDAD)
ABSOLUTA: Relación entre la masa de
vapor y la masa de gas seco (libre de
vapor)PORCENTAJE DE SATURACIÓN
(HUMEDAD): Relación entre los moles
de vapor por gas libre de vapor y los
moles de vapor que estarían presentes
por mol de gas libre de vapor si la
mezcla estuviera completamente
saturada a la temperatura y presión
existentes Inicio
DIAGRAMAS DE
HUMEDAD

Temperatura de Bulbo Seco HumedadAbsoluta
DIAGRAMA PSICROMÉTRICO /
CARTA DE HUMEDAD (SI)
Fuente: Felder y Rosseau. Principios Elementales de los Procesos Químicos,
Inicio
T. BULBO SECO:
Abcisa del diagrama
y es la temperatura
medida del aire
T. BULBO
HÚMEDO:
Temperatura que
tendría el aire si
estuviera saturado
con agua. Se mide
con un termómetro
con una mecha
saturada en agua y
bajo la acción de
una corriente de
aire

EJEM
PLO:
Datos:
T Bulbo seco =
35 ºC
T Bulbo Hum. =
24 ºC
VH
% HR
HARocí
o
• % HR= 40 %
• HA= 0,014 kg H2O/kg a.s.
• TR= 19 °C
• VH≈ 0,89 m3/kg a.s.
• Ent Sat ≈72,5 kJ/kg a.s.
Inicio

Realizado por: Ing. Jhoanna Ramones/ Abril 2008/ Actualizado Abril 2010

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