Presentación de una clase de la unidad I ( Balance de materia y Energia en proceso de estado estacionario y no estacionario) de la materia Ingenieria Quimica ,correspondiente a la unidad curricular de la carrera de Ingeniería Industrial del PSM, la cual, tiene como Unidades: Equipos para operaciones gas- líquido, Equipos para operaciones líquido-líquido y equipos para operaciones líquidos -sólidos

1. UNIDAD I
BALANCE DE MATERIA
Ing. Virginia Anes

2. SISTEMA Y TIPOS
Sistema: Se refiere a cualquier porción arbitraria o la totalidad de un proceso
establecida específicamente para su análisis o transformación
TIPOS DE SISTEMAS:
Abierto:Son aquellos que intercambian libremente materia y energía con su
entorno.
Cerrado:Son aquellos que intercambian libremente energía (pero no materia) con
su entorno.
Aislado:Son aquellos que no intercambian con el entorno ni materia ni energía

3. PROCESO
Proceso : Conjunto de operaciones que produce una transformación física o
química en una sustancia o grupo de sustancias.
Tipos de Procesos: : Intermitentes (batch) que son aquellos en los cuales la
alimentación se introduce en el equipo, se realiza el proceso y por último se
retira el producto. Continuos en los cuales permanentemente entra
alimentación y sale producto del proceso. Atendiendo la segunda
consideración, se clasifican como estacionarios, o en régimen permanente,
cuando no cambian considerablemente con el tiempo las variables de proceso
(temperaturas, presiones, volúmenes, velocidades de flujo) en un determinado
punto del proceso y transitorios que son aquellos procesos en los cuales
alguna variable cambia con el tiempo

4. TIPOS DE FLUJOS

5. •BALANCE DE MATERIA
• Balance de materia: es una secuencia de cálculos que permite llevar la cuenta de todas las
sustancias que intervienen en un proceso de transformación, satisfaciendo la ley de la conservación
de la masa
• ECUACIÓN GENERAL DE BALANCE
Si al aplicar esta ecuación se tienen en cuenta todos los componentes de las corrientes del proceso, se
realiza un balance total de masa, y si se aplica solamente a alguna sustancia o a algún elemento
químico se efectúa un balance parcial de masa.
• Acumulación: se refiere a un cambio de masa o de moles (positivo o negativo) dentro del sistema
respecto al tiempo,La transferencia a través de las fronteras del sistema: se refiere a las entradas y
salidas del sistema

6. • Como término genérico, el balance de materia se puede referir a un
balance en un sistema para:
• 1. La masa total
• 2. El total de moles
• 3. La masa de un compuesto químico
• 4 . La masa de una especie atómica
• 5 . Los moles de un compuesto químico
• 6. Los moles de una especie atómica

7. Si no hay reacción tanto los compuestos químico como la masa total y los
elementos individuales se conservan. Una vez que se establezcan los balance total
y molecular, puesto que los compuestos químicos permanecen invariables, los
balances elementales son totalmente innecesarios.
La solución más simple se obtiene cuando se considera el sistema en estado
estacionario y si además no se considera generación ni consumo se tiene:

8. es corriente que devuelve
material desde aguas abajo a aguas arribas de
una o más unidades del proceso, con la finalidad:
Aprovechar reactivos no consumidos
Recuperar catalizadores
Controlar algunas variables del proceso, entre otras

9. consiste, en derivar parte de una corriente, de
modo que no fluya por una o más unidades del proceso, llegando directamente a
una etapa posterior
es una corriente que se desvia desde una
recirclo para evitar acumulación de sustancias inertes
o indeseables al proceso
Puntos de Mezclas

10. Cada hora se separan, por destilación en dos
fracciones, 1000 kilogramos de una mezcla
de benceno (B)y tolueno (T) que contiene
50% de benceno por masa. La velocidad del
flujo másico del benceno en la corriente
superior es 450 kg B/h y la del tolueno en la
corriente inferior es 475 kg T/h. La operación
se encuentra en estado estacionario. Escriba
los balances del benceno y del tolueno para
calcular las velocidades de flujo
desconocidas de los componentes en las
corrientes de salida.
SOLUCION : El siguiente esquema ilustra el
proceso:

11. Como el proceso se encuentra en estado estacionario, no se acumula nada en
el sistema, de manera que el termino de acumulación es igual a cero en todos
los balances de materia. Además, como no ocurren reacciones químicas, no
puede haber términos de generación o consumo distintos de cero.
Balance de benceno: 500 kg B/h ( 1000 kg x 0,5 ) = 450 kg B/h + 𝑚2 →
𝒎𝟐 = 𝟓𝟎𝒌𝒈 𝑩/𝒉
Balance de tolueno 500 kg T/h = 𝑚1+ 475 kg T/h → 𝐦𝟏 = 𝟐𝟓 𝐤𝐠 𝐓 /𝐡
Compruebe sus cálculos:
Balance total de masa 1000 kg/h = 450 + 𝐦𝟏+𝒎𝟐 + 475 (todas en kg/h)
𝐦𝟏= 25 kg/h, 𝒎𝟐= 50 kg/h
1000 kg/h = 1000 kg/h

12. • Una solución acuosa de hidróxido de sodio
contiene 20.0% de NaOH por masa. Se
desea producir una solución de NaOH al
8.0% diluyendo la corriente de la solución
al 20% con una corriente de agua pura.
• Calcule las proporciones (litros 𝐻2𝑂/k g
solución de alimentación) y (kg solución del
producto/kg solución de alimentación).
• Solución:
• Base de calculo: 100 kg de solución de
alimentación al 20% de NaOH

13. Balance de NaOH (entrada = salida).
(0.20 kg NaOH kg/kg)(100kg) = (0.080 kg NaOH/kg)𝑚2 ⟹ 𝑚2=250 kg NaOH
Balance de masa total (entrada = salida).
100 kg + 𝑚1=𝑚2 ⟹ 𝑚1=150 Kg
Volumen del agua de dilución. Aunque no se indica la temperatura o presión a
la cual se realiza la mezcla, la densidad del agua liquida es una cantidad casi
constante de 1.00 kg/litro. Luego se puede calcular:
𝑉1 =
150𝑘𝑔
1
1 𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜
𝑘𝑔
= 150 𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠
Proporciones que pide el enunciado del problema.
𝑉1
100𝑘𝑔
= 1.50 litros 𝑯𝟐𝑶/kg
solución de alimentación ,
𝒎𝟐
100 kg
=2.50 kg solución del producto/kg solución de
alimentación