BALANCE DE MATERIA EN ESTADO ESTACIONARIO Y DIFERENTES TÉRMINOS DE CONCEPTOS BÁSICOS...

1. REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN UNIVERSITARIA
INSTITUTO UNIVERSITARIO PO LITÉCNICO "SANTIAGO MARIÑO"
ESCUELA 45, ASIGANTURA: INGENIERIA A LA Q UÍMICA
INGENIERÍAQUÍMICA
ESTUDIANTE:
NATACHA GIL
PROFESOR:
RAY GONZÁLEZ
CARACAS, NOVIEMBRE DE 2020

2. ÍNDICE
INTRODUCCIÓN.............................................................................................................................................1
DEFINICIÓN DE TERMINOS BÁSICOS
• Conservación de la masa..........................................................................................................................2
• Relaciones de masa y volumen en las reacciones químicas..............................................................3-4
• Ley de los gases ideales...........................................................................................................................5
• Unidades Molares.....................................................................................................................................6
• Exceso de Reactivos.................................................................................................................................7
• Grado de Conversión …............................................................................................................................8
• Porcentajes de Composición...................................................................................................................9
• Densidad y Peso Específico...................................................................................................................10
• Tipos de Procesos...................................................................................................................................11
BALANCE DE MATERIA EN ESTADO ESTACIONARIO..........................................................................12
• Estado Estacionario con procesos que operan con una sola corriente............................................13
• Estado estacionario con procesos que operan con varias corrientes...............................................14
• Recirculación Purga y By Pass, con Reacciones Química.............................................................15-16
* Balance de Energía: para sistemas abiertos, cerrados, para procesos con una sola corriente,
procesos que operan con varias corrientes...................................................................................17-18-19
CONCLUSIÓN...............................................................................................................................................20

3. INTRODUCCIÓN
La Química es una ciencia que profundiza en el conocimiento de los principios fundamentales de la
naturaleza, amplía la formación científica de los estudiantes y les proporciona una herramienta para la
comprensión del mundo en que se desenvuelven, no solo por sus repercusiones directas en numerosos ámbitos
de la sociedad actual sino también por su relación con otros campos del conocimiento como la Biología, la
Medicina, la Ingeniería, la Geología, la Astronomía, la Farmacia o Materiales, por citar algunos. La Química es
capaz de utilizar el conocimiento científico para identificar preguntas y obtener conclusiones a partir de pruebas,
con la finalidad de comprender y ayudar a tomar decisiones sobre el mundo natural y los cambios que la
actividad humana producen en él. Ciencia y Tecnología están hoy en la base del bienestar de la sociedad. Para el
desarrollo de esta materia se considera fundamental relacionar los contenidos con otros disciplinares y que el
conjunto esté contextualizado, ya que su aprendizaje se facilita mostrando la vinculación con nuestro entorno
social y su interés tecnológico o industrial. El acercamiento entre la ciencia en Bachillerato y los conocimientos
que se han de tener para poder comprender los avances científicos y tecnológicos actuales contribuye a que los
individuos sean capaces de valorar críticamente las implicaciones sociales que comportan dichos avances, con el
objetivo último de dirigir la sociedad hacia un futuro sostenible
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4. DEFINICIÓNDETÉRMINOSBÁSICOS
Conservación de la masa: También conocida como La ley de conservación de la
materia, o ley de Lomonósov-Lavoisie. Fue elaborada por Mijaíl Lomonósov (1711-
1765) en 1748 y descubierta independientemente cuatro décadas después
por Antoine Lavoisier (1743-1794) en 1785.
Se puede definir de la siguiente manera:
"La masa de un sistema permanece invariable cualquiera que sea la
transformación que ocurra dentro de él"; esto es, «en términos químicos, la masa
de los cuerpos reaccionantes es igual a la masa de los productos en reacción».
Ejemplo: Combustión de una vela
Cuando una vela arde no se gana ni se pierde masa. La masa total de la cera y
del oxígeno molecular (O2) presente antes de la combustión es igual a la masa
total de dióxido de carbono (CO2), vapor de agua (H2O) y cera sin quemar que
quedan cuando la vela se apaga
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5. RELACIONES DE MASA Y VOLUMEN EN LAS REACCIONES QUÍMICAS
Relación de masa: en una reacción química la proporción de masa entre las distintas sustancias que
aparecen en la reaccion siempre seran las mismas, ya que la masa de los átomos no puede cambiar, y el
número de átomos presentes tampoco, eso es porque hay una relación directa entre el número de moles y la
masa de los mismos. Esta relación es la masa molar. Un mol contiene la masa molar gramo de la sustancia.
Ejemplo: en la reacción entre el óxido de cobre(II) y el cloruro de hidrógeno para producir cloruro de cobre(II) y
agua, que ajustada sería:
CuO + 2·HCl ….. CuCl2 + H2O
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6. RELACIONES DE MASA Y VOLUMEN EN LAS REACCIONES QUÍMICAS
Relación de volumen: Cuando todos los reactivos y productos sean gases en las mismas condiciones
de presión y temperatura, se cumple que la relación entre los volúmenes de las sustancias que intervienen es la
expresada por los coeficientes estequiométricos (es el cálculo de las relaciones cuantitativas entre
los reactivos y productos en el transcurso de una reacción química). Cuando se habla de volúmenes nos
referimos a cualquier unidad (litros, mililitros, metros cúbicos...).
Hay que recordar que la relación entre moles y volúmenes de gases ideales viene dada por PV=nRT. Por
lo tanto, en general un mol no equivale a un litro. Un mol de gas ideal ocupa 22,4 L.
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7. LEY DE LOS GASESIDEALES
Es la ecuación de estado del gas ideal, un gas hipotético formado por partículas puntuales sin
atracción ni repulsión entre ellas y cuyos choques son perfectamente elásticos. La energía
cinética es directamente proporcional a la temperatura en un gas ideal.
p= es la presión del gas
V = el volumen del gas
n= el número de moles
T= la temperatura del gas
medida en Kelvin
R= la constante de los gases
ideales (0,82 atm*l/mol*K)
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8. UNIDADES MOLARES
La unidad molar de una sustancia dada es
una propiedad física definida como su masa
por unidad de cantidad de sustancia. Su
unidad de medida en el SI es kilogramo por
mol. Sin embargo, por razones históricas, la
masa molar es expresada casi siempre en
gramos por mol.
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9. REACTIVOS EN EXCESO
Es Cuando colocamos dos elementos o compuestos para que reaccionen químicamente
entre sí, lo usual es colocar una cantidad exacta de uno de los reactivos, y colocar una cantidad
en exceso del segundo reactivo, para asegurarnos que el primero podrá reaccionar
completamente, y de esta manera, poder realizar cálculos basados en la
ecuación química ajustada estequiométricamente
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10. GRADO DE CONVERSIÓN
En una reacción química, es relación entre la cantidad convertida de un reactivo y la
cantidad alimentada del mismo.
CONVERSIÓN:
n de reactivo consumido en el vector
n reactivo alimentado al reactor
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11. LA COMPOSICION PORCENTUAL
También llamada centesimal e indica el porcentaje en
masa de cada elemento que forma parte de
un compuesto. Básicamente se puede definir
como: una parte dividida entre todas las
partes multiplicada por 100. Se obtiene por análisis
gravimétrico y conociendo los pesos atómicos de los
compuestos puede determinarse su fórmula empírica o
molecular. También se obtiene a partir de la fórmula
molecular del compuesto, ya que ésta nos indica el
número de átomos de cada elemento presentes en el
compuesto. Forma parte de los cálculos
estequiométricos, y fue de gran importancia en
la Historia de la química para la determinación de los
pesos atómicos y moleculares..
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12. DENSIDAD Y PESO ESPECIFICO
El peso específico, es el vínculo existente entre el peso de una cierta sustancia y
el volumen correspondiente. Puede expresarse en newtons sobre metro cúbico . La densidad, por
otra parte, se refiere a la masa de una sustancia por unidad de volumen y se obtiene a través de
la división de una masa conocida del material en cuestión por su volumen.
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13. TIPOS DE PROCESOS
Un proceso químico es un conjunto de operaciones químicas y/o físicas encaminadas a la transformación
de unas sustancias iniciales en productos finales diferentes. Un producto es diferente de otro cuando
tenga distinta composición, esté en un estado distinto o hayan cambiado sus condiciones.
Son los procesos cuyas magnitudes permanecen "constantes", es decir que el sistema cambia
manteniendo cierta proporcionalidad en su transformación. Se les asigna el prefijo iso-.
Ejemplo:
Isotérmico: proceso a temperatura constante.
Isobárico: proceso a presión constante.
Isométrico o isocórico: proceso a volumen constante.
Isoentálpico: proceso a entalpía constante.
Isoentrópico: proceso a entropía constante
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14. BALANCE DE MATERIAEN ESTADO ESTACIONARIO
La mayoría de los procesos industriales son continuos, con un mínimo de alteraciones o paradas.
En este tipo de procesos, a excepción de los periodos de puesta en marcha y paradas, el tiempo
no es una variable a considerar, por lo que las variables intensivas dependen solamente de la
posición, siendo el régimen estacionario. En estos sistemas en estado estacionario el término
acumulación desaparece, simplificándose la ecuación a la siguiente:
ENTRADAS + PRODUCCIÓN= SALIDAS
A su vez, en aquellos sistemas donde no se produzca reacción química, se simplifica todavía más:
ENTRADAS = SALIDAS
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15. ESTADO ESTACIONARIO CON PROCESOS QUE OPERANCON UNA SOLA CORRIENTE
Es cuando una corriente eléctrica se produce en un conductor de forma que la densidad de
carga ρ de cada punto del conductor es constante, es decir que se cumple que:
Todas las corrientes eléctricas que se emplean para transportar energía, que son las de intensidad
constante o corrientes continuas así como las lentamente variable con el tiempo, entre las que se
incluyen las corriente alternas de 50 ó 60 Hz, son muy aproximadamentecorrientes estacionarias. 13

16. ESTADO ESTACIONARIO CON PROCESOS DE VARIAS CORRIENTES
El estado estacionario de un sistema abierto que está en equilibrio se define como aquel en el
que no varían las variables de estado (temperatura, volumen, presión, etc.) y, por tanto, tampoco
se modifican, con el tiempo, las funciones de estado (entropía, entalpía, etc.). El estado
estacionario es un estado de mínima producción de entropía (principio de energía mínima).
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17. RECIRCULACIÓN
Es una corriente que devuelve material desde aguas bajas a aguas arriba de una o más unidades del
proceso, para aprovechar reactivos no consumidos, recuperar catalizadores, controlar alguna variable del
proceso, entre otras,
PURGA
Es una corriente que se desvía generalmente de un ciclo para evitar acumulación de sustancias inerte o
indeseables en el proceso
BY PASS/DERIVACIÓN
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
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18. RECIRCULACIÓN, DERIVACIÓN Y PURGA
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19. BALANCE DE ENERGÍA
Los BE son normalmente algo más complejos que los de materia, debido a que la energía puede
transformarse de unas formas a otras (mecánica, térmica, química, etc.), lo que obliga a considerar
este aspecto en las ecuaciones. En general, en el PFC, los BE serán imprescindibles en equipos en los
que el intercambio de energía sea determinante, lo que fundamentalmente sucederá en cambiadores
de calor, evaporadores, columnas de destilación, etc., es decir, cuando haya que calentar o enfriar un
fluido. En el caso de los reactores químicos, también son imprescindibles los balances de energía para
su diseño, ya que en cualquier caso habrá que asegurarse de que la temperatura del reactor
permanezca dentro del intervalo deseado, especialmente cuando los efectos térmicos de la reacción
sean importantes. En reacciones bioquímicas dichos efectos no suelen ser muy significativos, así que
se podrán ignorar en el dimensionamiento preliminar de los fermentadores o reactores enzimáticos,
siempre que se justifique.
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20. BALANCE DE ENERGÍAEN SISTEMASCERRADOS
El principio que rige los balances de energía es la ley de conservación de la energía que establece que la
energía no puede crearse ni destruirse (excepto en procesos nucleares). Esta ley es también llamada
primer principio de la termodinámica. 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. Veamos su
aplicación a un sistema cerrado.
Un sistema será abierto o cerrado según la masa pueda o no atravesar los límites del mismo durante el
período de tiempo en que se plantea el balance de energía. Por definición, un proceso batch o por lotes
es cerrado mientras que un semibatch o un proceso contínuo son abiertos.
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21. BALANCE DE ENERGÍA EN SISTEMAS ABIERTOS
Por definición de proceso abierto, 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.
Ambos trabajos (tanto para ingresar la materia o que esta egrese) deben ser incluidos en
el balance de energía, y la diferencia entre ambos es el trabajo de flujo. En realidad en estos
sistemas, más que hablar de trabajo decimos velocidad de transferencia de energía como trabajo
o trabajo/tiempo)
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22. CONCLUSIóN
ESTE TEMA YA VISTO, ES IMPORTANTE EN LA CARRERA A EJERCER , "INGENIERÍA INDUSTRIAL"
YA QUE A TRAVÉS DEL MISMO NOS ENSEÑA DIVERSAS COSAS QUE SE ENCUENTRAN EN EL
MUNDO DE LA QUÍMICA. LA IMPORTANCIA SE BASA EN QUE; EN EL ÁMBITO INDUSTRIAL SE
TRABAJA CON MUCHOS PROCESOS DE FABRICACION, ESTO BUSCANDO DE SATISFACER LAS
NECESIDADES DEL PÚBLICO EN GENERAL PARA CUALQUIER PRODUCTO, Y LA QUÍMICA EN
ESTE CASO, INTERVIENE DESDE LA INDUSTRIA ALIMENTICIA HASTA LA TRANSFORMACIÓN DE
MATERIAS PRIMAS. ES DE VITAL IMPORTANCIA QUE UN INGENIERO INDUSTRIAL TENGA
CONOCIMIENTOS Y EXCELENTES BASES EN LOS CONCEPTOS DE ESTA.
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23. "Y EL SABER; ES VALOR"... NATACHA GIL.