Balance de Materia y Energía en Procesos en Estado Estacionario y no Estacionario

1. REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN
SUPERIOR
INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO
“SANTIAGO MARIÑO”
SEDE BARCELONA
ESCUELA: INGENIERIA INDUSTRIAL
Balance de Materia y Energía en
Procesos en Estado Estacionario y no
Estacionario
Realizado por:
Milagros Velásquez C.I 24.827.198
Profesor:
Ray Gonzalez
Barcelona, noviembre de 2020

2. 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.
Lavoisier demostró que las sustancias reaccionantes
al interactuar entre sí forman nuevos productos con
propiedades físicas y químicas diferentes a las de los
reactivos, esto debido a que los átomos de las
sustancias se ordenan de forma distinta, pero la
suma de las masas de los productos que reaccionan es
igual a la suma de las masas de los productos
resultantes.

3. Relaciones de masa y volumen en las reacciones
químicas.
La utilización del concepto de peso en química sería sustituida más
adelante por el de masa, de modo que las leyes ponderales hacen
referencia a las proporciones en masa características de las
combinaciones químicas. Dichas leyes fueron enunciadas en su mayoría,
antes de que se dispusiese de un modelo atómico sobre la constitución
de la materia y contribuyeron notablemente a la formulación por Dalton
de dicho modelo.
La ley de Proust o de las proporciones definidas o constantes: Cuando
dos o más elementos se combinan para formar un compuesto lo hacen
en una relación ponderal (o de masas) fija y definida.
Esta ley indica que la composición de una combinación es siempre la
misma y que, por lo tanto, el porcentaje o proporción en la que
intervienen los diferentes elementos es constante y característica de la
sustancia compuesta considerada.

4. Ley de los gases ideales.
Se define como gas ideal, aquel donde todas
las colisiones entre átomos o moléculas son
perfectamente elásticas, y en el que no hay
fuerzas atractivas intermoleculares. Se puede
visualizar como una colección de esferas
perfectamente rígidas que chocan unas con otras
pero sin interacción entre ellas.

5. Unidades Molares.
Cuando intervienen reacciones químicas o se utilizan
relaciones como la ley de los gases ideales, los balances de
materia resultan mas sencillos en unidades molares en vez
de unidades de masa. Un mol de cualquier substancia pura
se define como la cantidad de dicha substancia cuya masa es
numéricamente igual a su peso molecular. El mol es en
realidad una unidad de la masa expresa en Kilogramos o
libras. De acuerdo con la definición de mol, el concepto de
los términos mol gramo, mol libra, etc.

6. Exceso de Reactivos.
El reactivo en exceso será aquel que no se agote
por completo durante la reacción. La cantidad de
producto que se obtenga de la reacción, dependerá
siempre de la cantidad de reactivo limitante que se
tenga en la reacción.
Grado de Conversión.
Este se define siempre sobre el denominado
componente clave que, por decirlo de una manera
sencilla, es aquel que si se diera la reacción al 100%
se consumiría totalmente. La conversión siempre se
refiere al reactivo limitante y es igual a los moles
convertidos de limitante/ moles alimentados de
limitante.

7. Porcentajes de Composición.
La Composición Porcentual es una medida de la cantidad
de masa que ocupa un elemento en un compuesto. Se mide
en porcentaje de masa.
La Composición Porcentual de un elemento en una molécula
se calcula a partir del peso molecular y viene determinada
por la siguiente fórmula:
Composición Porcentual = Peso atómico · nº átomos en la molécula x 100
Peso molecular

8. Densidad y Peso Especifico.
La densidad 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:
masa/volumen = kg/m3

9. Tipos de Procesos
Procesos Intermitentes o por lotes: en este proceso la
alimentación se carga al comienzo del proceso en un
recipiente y transcurrido cierto tiempo, se retira el
contenido de dicho recipiente. No hay transferencia de
masa mas alla de los limites del sistema desde el momento
en que se carga la alimentación hasta que se retira el
producto.
Proceso Continuo: en este proceso las corrientes de
alimentación y descarga fluyen de manera continua durante
todo el proceso. Un ejemplo seria bombear una mezcla de
liquido a velocidad constante hacia una columna de
destilación y retirar de manera uniforme las corrientes de
productos por la parte inferior y superior.

10. Procesos Semicontinuos: es cualquier proceso que no sea
intermitente o continuo. Un ejemplo es permitir que el
contenido de un recipiente con gas tras superar una cierta
presión escape a la atmosfera.
Proceso estacionario: si los valores de todas la variables
del proceso (volumen, velocidad de flujo) no cambian con
el tiempo, se dice que el proceso opera en estado
estacionario.
Proceso Transitorio: si cualquiera de la variables del
proceso (temperatura, presión) cambia con el tiempo se
dice que la operación es transitoria o no estacionaria. Por tu
naturaleza, el proceso por los o semicontinuos son
operaciones en estado transitorio.

11. Estado Estacionario.
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
conservación de la materia dentro de un sistema
cerrado o aislado.

12. Balance de Materia en Estado Estacionario: Estado Estacionario con procesos
que operan con una sola corriente y procesos que operan con varias corrientes,
Recirculación Purga y By Pass, con Reacciones Química.
Para efectuar un balance de masa de un proceso, se debe especificar
el sistema al cual se le aplicará dicho balance, en otras palabras
delimitar o definir el sistema al que se le realizará el balance. Un sistema
se refiere a cualquier porción arbitraria o a la totalidad de un proceso,
establecido específicamente para su análisis. Los límites o fronteras del
sistema pueden ser reales o ficticios.
En algunos problemas de balance de masa intervienen corrientes de
reciclo, derivación o purgado. El reciclo se presenta en los casos en que
hay retorno de material desde un punto posterior del proceso y se
introduce nuevamente al mismo para un procesamiento ulterior.

13. Balance de Energía: para sistemas abiertos, cerrados, para procesos con una
sola corriente y procesos que operan con varias corrientes.
Los sistemas tienen diferentes características, pueden ser abiertos o
cerrados. Un sistema abierto es aquel en el que existe transferencia de
masa a través de los límites del mismo, (entra masa, sale masa ó ambas
cosas). Por el contrario un sistema cerrado es aquel en el que no ingresa
ni egresa masa a través de los límites del mismo.
Un sistema abierto puede transcurrir
en régimen estacionario o transitorio. Un
sistema abierto es considerado
estacionario si no existe acumulación de
masa en el mismo. Por el contrario un
sistema abierto es considerado
transitorio si se permite acumulación de
masa. Resumiendo, los procesos en
estado no estacionario o transitorio
implican acumulación de masa, mientras
que los procesos de estado estacionario
no.