Este documento trata sobre el balance de materiales sin reacción química, incluyendo las operaciones unitarias de secado y mezclado. Explica los objetivos, contenidos, clasificación, equipos y ecuaciones de balance de masa para estas operaciones. También incluye ejemplos y problemas resueltos sobre secado y mezclado.

1. UNIDAD II: BALANCE DE
MATERIALES SIN REACCION
QUIMICA.

2. OBJETIVOS

3. • Abordar las operaciones unitarias de Secado
y Mezclado en cuanto a:
Equipos, Aplicaciones, Ecuación de Balance de
Masa.
• Establecer relaciones de compañerismo, a fin
de fomentar el respeto y la comunicación en
el grupo.
• Mantener el orden y la limpieza en el aula.

4. Contenidos
– Secado.
– Mezclado.

5. Operación de secado
• Esta operación tiene como fin eliminar la
humedad residual que contiene un solido,
para hacerlo mas atractivo desde el punto de
vista comercial, mejorar sus condiciones de
almacenamiento y emplearlo en operaciones
posteriores.

6. Clasificación
• Lotes: Es un proceso en semilotes, en donde
una cierta cantidad de sustancia que va a
secar se expone a una corriente de aire que
fluye continuamente, en la cual se evapora la
humedad.

7. • Continuas: tanto la sustancia que se va a secar,
como el gas pasan continuamente a través del
equipo.
En todas las operaciones ocurre un contacto
continuo entre el gas y la sustancia que se
seca.

8. EQUIPOS
Método de operación, o sea, por lotes o continuo:
El equipo por lote o semilote, se opera intermitente
o cíclicamente en condiciones de estado no
estacionario: el secador se carga de la
sustancia, que permanece en el equipo hasta
que se seca; entonces, el secador se descarga
y se vuelve a cargar con un nuevo lote. Los
secadores continuos generalmente se operan
en estado estacionario.

9. • Método de obtención del calor necesario para
la evaporación de la humedad:
En los secadores directos, el calor se obtiene
completamente por contacto directo de la
sustancia con el gas caliente en el cual tiene
lugar la evaporación.
En los secadores indirectos, el calor se obtiene
independientemente del gas que se utiliza
para acarrear la humedad evaporada.

10. • Por ejemplo, el calor puede obtenerse por
conducción a través de una pared metálica en
contacto con la sustancia o, con menos
frecuencia, por exposición de la sustancia a
radiación infrarroja o calentamiento
dieléctrico. En este ultimo caso, el calor se
genera dentro del solido mediante un campo
eléctrico de alta frecuencia.

11. • Naturaleza de la sustancia que se va a secar:
La sustancia puede ser un solido rígido como
madera, un material flexible como tela o
papel, un solido granular, como una masa de
cristales, una pasta ligera o un lodo ligero, o
una solución.
Si es un solido, puede ser frágil o fuerte. La
forma física de la sustancia y los diferentes
métodos de manejo tienen tal vez la mayor
influencia sobre el secador que se va a utilizar.

12. Secado por lotes
• Es una operación relativamente cara; en
consecuencia se limita a operaciones a
pequeña escala, a plantas pilotos y a trabajos
de investigación y para secar materiales
valiosos cuyo costo total será poco alterado
por el costo agregado de la operación.

13. • Secadores directos:
Secadores de platos, llamados también
secadores de gabinete, de compartimiento o
de anaqueles, se utilizan para secar sólidos
que deben sujetarse sobre los platos.
Pueden incluir materiales pastosos, como la
torta de filtro húmeda de los filtros de prensa,
sólidos en terrones que deben esparcirse
sobre platos y materiales similares. Un
aparato típico, mostrado esquemática es el
siguiente.

15. Secadores indirectos
• Los secadores de anaqueles al vacio son
secadores de platos cuyos gabinetes hechos
de hierro colado o de acero, se ajustan con
puertas que cierran perfectamente, de forma
que pueden operarse a presiones inferiores a
la atmosférica.
No se pasa ni se re circula aire a través de estos.

16. • Los platos que contienen al solido por secar,
descansan sobre anaqueles huecos a través de
los cuales se pasa agua tibia o vapor, a fin de
proporcionar el calor necesario para la
evaporación de la humedad.
El calor se conduce hasta el solido a través del
metal de los anaqueles y platos

17. • Los secadores de esta categoría son caros de
construir y de operar, por lo se utilizan solo
para materiales valiosos que deben secarse a
bajas temperaturas o en ausencia de aire para
evitar la descomposición, como ciertos
productos farmacéuticos, o en donde la
humedad por eliminar en un disolvente
orgánico caro o venenoso que debe
recuperarse mas o menos completamente.

18. • Secado por congelamiento (secado por
sublimación)
Este se utiliza para aquellas sustancias que no
pueden calentarse ni siquiera a temperaturas
moderadas, como es el caso de alimentos y ciertos
fármacos.
Las sustancias que se van a secar generalmente se
congela mediante exposiciones a aire muy frio y se
coloca en una cámara de vacio, donde la humedad se
sublima y se bombea mediante eyectores al vapor o
bombas mecánicas de vacio.

19. • Un método alternativo de congelamiento es
la evaporación instantánea al vacio de parte
de la humedad; no obstante los alimentos que
no son rígidos en el estado no congelado
pueden dañarse por este procedimiento.

20. Ventajas del secado continuo
• El equipo es pequeño en comparación con la cantidad
de producto.
• La operación se integra fácilmente con la fabricación
química continua.
• No hay necesidad de almacenamiento intermedio.
• El producto tiene un contenido màs uniforme de
humedad.
• El costo de secado por unidad de producto es
relativamente pequeño.
• Pueden utilizarse el secado directo o indirecto y en
algunos casos los dos.

21. tipos
• Secadores de tipo túnel.
• secadores de tipo turbo.
• Secadores de circulación transversal.
• Secadores rotatorios.
• Secadores de tambor.
• Secadores por aspersión.
• Secadores de lechos fluidizados.
• Secadores neumáticos.

22. Balance de materia

23. El sòlido entra con un flujo Ss masa solido seco/
tiempo (área); se seca de X1 a X2 masa de
humedad/ masa de solido seco y sufre un
cambio de temperatura de ts1 a ts2.
El gas fluye con una rapidez Gs masa de
gas(aire) seco/ tiempo (área) y sufre un cambio
de humedad de y2 a y1 masa de humedad/
masa gas seco y un cambio de temperatura tG2
a tG1.

24. Balance de humedad es
Ss X1 + Gs Y2 = Ss X2 + GsY1
Ss(X1 - X2) = Gs (Y1 - Y2)

25. • Una de las partes mas importantes del proceso es el
secado del sorgo.
Se procesan 333 ton/día de dicho material con una
cantidad de agua del 45 % y sale con un contenido de
agua del 5 %.
El aire que se empleo para secar el sorgo tiene una
temperatura a la entrada de 60 oc y una humedad del
10%. La presión de trabajo es de 760 mmHg.
Si el proceso de secado es adiabático. Calcular:
a) El agua evaporada.
b) El aire seco necesario.
c) El volumen del aire
d) Las condiciones de salida del aire

26. -Represente el proceso en un diagrama de equipos.
Para determinar el agua evaporada y el aire seco
necesario se hace un balance total de materia y uno
parcial de agua:
En base seca:
Gs; Y1 Gs Y4
Ss X2 Ss X3
Balance parcial de agua:
Base seca:
Ss X2 + Gs Y1 = Ss X3 + GsY4

27. • Agua evaporada y aire seco:
Ss1 X2 + Gs Y1 = Ss X3 + GsY4
Gs (Y4 –Y1 ) = Ss(X2 – X3)
• El volumen de aire:
Gs = Gs VH
El proceso puede seguir en una carta Psicrométrica.
• humedades conocidas:
X2 = 0.45/ 1- 0.45 = 0.818 y X3 = 0.05/0.95 = 0.05226
De la carta Y1 = 0.012 kg agua/ kg de a.s

28. • Solido seco:
Ss = 333 *(0.55) = 183.15 T/d
• Agua evaporada:
183.15 (0.818 – 0.0526) = 140, 183 t/d
• Aire utilizado:
Gs (Y4 –Y1 ) = Gs (Y4 – 0.012 )= Ss(X2 – X3) = 140, 183 t/d
Se tiene una ecuación con dos incógnitas, la cantidad de
aire y la humedad de salida.
de la carta:
Y4 = 0.025, recuerde que es un proceso adiabático: y que
entra a 60oC
Gs = 10783. 3 t/d

29. • Volumen de aire a las condiciones de entrada:
VH = (0.012/18 + 1/29)(0.082)(273 + 60) = 0.9597 m3/ kg
Las condiciones del aire a la salida serán de 28,5 oC y una
humedad de 0.025 kg/ kg o sea saturado.

30. Resuelva:
1. La harina de yuca se usa en lugar de harina de trigo en
muchos países. La harina se obtiene secando la raíz de
la casava con 66% de humedad hasta que contenga
solo 5% y luego se muele para obtener la harina.
¿ Cuantos kilogramo se deben secar para producir 5000 kg
/h de harina?
2.

31. Mezclado
Se utiliza para preparar una combinación uniforme de dos
o más sustancias, que pueden ser solidas, liquidas o
gases o combinaciones de estas.
Por medio de esta operación se pueden preparar pastas,
bebidas, embutidos y se aprovecha para aumentar la
superficie de contacto entre las fases en otras
operaciones cono absorción, extracción y secado.

32. EQUIPOS
• Se emplean equipos que van desde las simples
uniones de tuberías para mezclar gases, a los
tanques con agitación para los líquidos o a los
mezcladores de bandas para pastas.

33. • MEZCLADORES DE POLVOS TIPO PNATALÓN Y
CONOS OPUESTOS
- para las industrias farmacéutica de cosméticos y
alimentaria
mezcladores de polvo tipo pantalón y tipo conos opuestos
ambos operan bajo el principio de caída de material a
través de un recipiente que gira, en el cual se agregan
los ingredientes a mezclar, ahorrando tiempo y ganando
eficiencia ya que gracias a su diseño geométricamente
adecuado provoca la acción de mezclado.
• Para mezclar polvos secos

34. MEZCLADORES DE HELICE:
Preparados para el mezclado de áridos con
diferentes granulometrías, y con bajo nivel de
humedad y volúmenes grandes.

35. • MEZCLADORES DE TURBO:
Preparados para el mezclado de áridos con
diferentes granulometrías, y con bajo nivel de
humedad y volúmenes pequeños.

36. • MEZCLADORES SINFIN Preparados para el
mezclado de áridos con diferentes
granulometrías, y con bajo nivel de humedad
y volúmenes grandes. Indicado para sistemas
con gran almacenamiento (silos móviles o
fijos).

37. • MEZCLADORES ENFRIADORES: Preparados
para el mezclado de áridos con diferentes
granulometrías, y con bajo nivel de humedad
y volúmenes grandes, donde se necesita
enfriar la mezcla por las temperaturas que
produce el rozamiento y poder estabilizar el
producto.

38. • MEZCLADORES PALETAS
Preparados para realizar mezclas homogéneas
de productos con humedad.

39. • MEZCLADORES FLUIDOS Preparados para
realizar mezclas homogéneas de líquidos con
diferentes densidades. Con agitadores de
diferentes formas dependiendo del producto.
Pueden ser equipos móviles, con
calentamiento y trasiego.

40. Balance en mezclado
Entrada = salidas + acumulación
equipo
EQUIPO
L1,
x1
L2,
x2
L3,
x3

41. RESUELVA
• ¿Cuántos Kg de crema que contienen 12% de
mantequilla deben ser agregados a 1800kg de
leche que contienen 2% de mantequilla para
obtener leche con 3% de mantequilla?.

42. • A una corriente se le añade una sustancia de
manera que la concentración sea del 4,76 % en
masa de esa sustancia. La corriente se une a
otra y corriente abajo se toma una muestra de
las corrientes combinadas, que dan una
concentración del 0,62% en peso de la
sustancia. Si el flujo de la primera corriente es
de 2 litros/min, ¿Cuál será el caudal de la otra
corriente?
Considera la densidad relativa = 1

43. Bibliografía
• Himmelblau, D. M. (2002). Principios Básicos y Cálculos en
Ingeniería Química. México: Pearson.
• Rousseau, F. (2007). Principios elementales de los procesos
químicos. México: Limusa Wiley.
• sa. (sf). RAFEINGENIERI, S.A. Recuperado el 20 de MARZO de
2009, de RAFEINGENIERI, S.A:
http://www.raferingenieri.com/productos/mezclador.htm
• Treybal, R. E. (1993). Operaciones de Transferencia de Masa.
México: Mc Graw Hill.
• valiente, A. (2006). Problemas de balance de materia y
energía en la industria alimentaria. México: Limusa.
• Viera, L. C. (1987). Introducción a la Ingeniería Química. La
Habana: Pueblo y Educación.