Se trata del balance de materia para verificar el comportamiento de un proceso industrial y optimizarlo posteriormente

1. Escuela Profesional de Ingeniería Industrial

3.  Enunciado por Antoine Lavoisier ( 1785 ) científico
frances
 Principio de Conservación de la materia =
 « La materia no se crea , ni se destruye, solo se
transforma»
 Basado en este principio, el Balance de Materia es una
herramienta útil en Ingeniería cuando se aplica a un
sistema que puede ser una operación unitaria o un
conjunto de operaciones unitarias pertenecientes a un
proceso industrial y que se encuentran interrelacionadas
entre sí, por flujos directos de materia o por recirculaciones

4.  La aplicación de un balance de materia a un sistema real
dentro de un proceso industrial, sirve para evaluar la
factibilidad técnico económica de dicha operación o del
proceso en su totalidad. Obtener el rendimiento de la
operación o la eficiencia del proceso en general, en cuanto
a producto final producido en conformidad con
especificaciones técnicas de calidad previamente
delineadas en el diseño del producto.

5.  Los balances de materia puede ser de dos clases:
 1° Balance de Materia sin Reacción Química:
 Aplicado a una operación básica de un proceso, en la cual
solo hay cambios físicos en la materia que transcurre por
esa operación. Para un mejor estudio de esta operación,
tenemos que visualizarla en un diagrama, identificando y
delineando los flujos de entrada y salida de la misma , así
como las composiciones de entrada y del producto
emergente, que puede ser el producto final del proceso, o
en todo caso es un flujo que transcurre hacia otra
operación del proceso en cuestión.

6.  2° Balance de Materia con Reacción Química:
 Generalmente en todo proceso industrial existe una
operación de transformación estructural de la masa que se
va a convertir en producto final. Esto implica una reacción
química dentro de esa operación cuya naturaleza va de
acuerdo al producto que se va a obtener. Lo importante es
que Antoine de Lavoisier en 1785, descubrió que tanto la
masa de los reaccionantes como de los productos de una
reacción química eran iguales.
 Solamente que en un proceso industrial real, hay que tener
en cuenta ciertos aspectos como pureza de los materiales,
rendimiento de la reacción química, condiciones
termodinámicas, y otros que señalaremos a continuación.

7.  Alimentación: Corriente de entrada a una operación, , a
un proceso. Sus unidades pueden ser: kg/s ó m3/s
 Flujo Volumétrico o Caudal: Cantidad de volumen que
fluye en la unidad de tiempo m3/s
 Flujo Másico: Cantidad de masa que fluye en la unidad
de tiempo kg/s
 Base Seca: Composición de una mezcla exenta de agua

8.  Composición elemental: Porcentaje en peso de cada
elemento en un compuesto químico
 Materia prima: Es todo bien que tiene como finalidad su
transformación durante un proceso industrial. Sustancia de
partida para una operación o proceso
 Inertes: Sustancias que no reaccionan en un proceso
industrial
 Producto: Sustancia de salida de una operación o el bien
final producido por un proceso industrial
 Subproducto: Producto secundario, a veces no deseado,,
que se obtiene conjuntamente con el producto principal

9.  Base de Cálculo: Cantidad de referencia manejable a
partir de la cual se desarrolla el balance de materia
 Oxígeno Estequiométrico: Cantidad de oxígeno que
cumple la ley de Proust necesario para producir la
combustión completa del combustible
 Aire Estequiométrico: Se calcula en base a la
determinación del oxígeno estequiométrico
4,76(n° moles oxígeno estequiométrico) = n° aire estequi
 Oxígeno en exceso: Diferencia entre el oxígeno real
introducido y el oxígeno estequiométrico
 Aire en exceso: Diferencia entre el aire real introducido y
el aire estequiométrico

10.  La ecuación a aplicar en un balance de materia es la siguiente:
Acumulación = Entrada – Salida + Generación - Consumo
 Si el proceso es estacionario o estable sin reacción
química, como veremos mas adelante, la ecuación del
balance de materia toma la forma siguiente:
 Acumulación = Entrada – Salida
 Si no hay acumulación, sería equivalente a:
 Entrada = Salida

11.  CUALES SON LOS PASOS A SEGUIR EN UN BALANCE DE
MATERIA
 DEFINA:
 1° Dibuje un esquema o gráfico del problema
 2° Recuadre o etiquete los flujos másico o volumétricos , y las
composiciones de cada corriente
 3° Coloque los valores conocidos de las composiciones y los flujos en
el esquema
 4° Seleccione una Base de Cálculo
 5° Registre las cantidades desconocidas de corrientes con (incógnitas
o símbolos )
 6° Identifique exactamente lo que le están preguntando que calcule

13. 6000 = m2 + m3 m2 – m5 – m4 = 4500
m3 + m5 = m6 6000 = m6 + m4
Restando ecuación (1) menos ecuación (2) y reemplazando
m4 = 6000 – m6
• Sol. m6 = 3750 kg/h

15. Sol. 1000 = MS + W
150 = W + 0,02MS
MS = 867,35 kg/h W = 132,65 kg/h
0,04 W = W1 = 5,306 kg/h vapor
W2 = 127,34 kg/h agua líquida

17.  Reacción Química: Reacomodo atómico molecular de
una o mas sustancias llamadas reaccionantes cuando
interactuan y se transforman en otras llamadas productos
con propiedades distintas a las sustancias iniciales
 Ecuación Química: Representación escrita de una
reacción química. Ejemplo:
Zn + H2SO4 -------- ► ZnSO4 + H2O
 Relación estequiométrica: Es la relación entre los
coeficientes estequiométricos de dos sustancias que
forman parte de la reacción química, Ejemplo:
 4 HCl + O2 -------- ► 2 Cl2 + 2 H2O

18.  Cuantas moles de HCl se necesitan para obtener 0,6
moles de Cl2 en la ecuación:
 4 HCl + O2 -------- ► 2 Cl2 + 2 H2O

4 moles de HCl → 2 moles de Cl2
 X → 0.6 moles de Cl2

Resolviendo :
 X = (0.6 moles de Cl2 * 4 moles de HCl) /2 moles de Cl2
 X = 1.2 moles de HCl

19.  Otro Ejemplo:
2 SO2 + O2 -------- ► 2 SO3
 Por cada 2 moles de SO2 reaccionan 1 mol de O2
 Reactivo limitante: Res aquel que se consumiría
totalmente si la reacción procediera hasta un 100% . En
otras palabras, es el reactivo que está en menor
proporción que la estequiométrica

20.  Reactivo en exceso: Res el reactivo que se encuentra
presente en mayor cantidad que la requerida
estequiométricamente.
 Porcentaje en exceso: Es la relación entre el exceso de
un reactivo y el estequiométrico requerido, expresado en
tanto por ciento
 Porcentaje de conversión: Es la relación entre la
cantidad que reacciona de un reactivo y la cantidad que se
alimenta del mismo al inicio de la reacción.
 Rendimiento: Es la fracción entre el reactivo convertido y
el producto específico deseado