Balance de Materia y Energía - Balance de Materia y Energia

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MORELIA
“JOSÉ MARÍA MORELOS Y PAVÓN”
ING. BIOQUÍMICA
BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA
MC. DAVID GERARDO ROJAS SOLIS
EJERCICIOS
EQUIPO 4
VICTOR HUGO CHÁVEZ LÓPEZ
CLAUDIA ANDREA HUERTA CHÁVEZ
FRIDA AMANDA MENDOZA OCAMPO
MIGUEL ÁNGEL VAZQUEZ GONZÁLEZ
15 de Octubre del 2012
EJERCICIO 1.
A continuación se muestra el diagrama de flujo del lavado de camisas que se utiliza en el Servicio de Lavandera la
Inundación de Jabón por un Día S.A. Las camisas se remojan en un tanque de agitación que contiene duende, el
Detergente Mágico, y después se exprimen y se mandan secar. El jabón Duende sucio se manda a un filtro en donde se
extrae la mayor parte de mugre; el detergente limpio se hace recircular para unirse al duende puro; este flujo combinado
alimenta el tanque de lavado.
Datos:
1. Cada 100 kg de camisas sucias contienen 2 kg de mugre
2. El lavado extrae el 95% de la mugre
3. Por cada 100 kg de camisas sucias salen 25 kg. De Duende con las camisas limpias de los cuales 22 kg regresan
al tanque de lavado.
4. El detergente que entra al tanque de lavado contiene 97% de Duende, y el que entra al filtro contiene 90%. La
mugre húmeda que sale del filtro tiene 10% de Duende.
Determine:
a) Cuanto duende puro debe agregarse por cada 100 Kg de camisas sucias
b) Cuál es la composición del flujo de recirculación.
F3 = m3
F1 =
100 kg camisas
2 kg de suciedad
W3, 4
F2 =
m1 (Duende) +
m2 (Duende R)
97 % duende puro
3% suciedad
W1, 1
1.
2.
3.
4.
3 kg de Duende
98 camisas limpias
w2, 2
AGITADOR
Duende
Camisas Limpias
Camisas sucias
Mugre
F4 = m4
F5 = m5
FILTRO
13% suciedad
87% Duende
w1, 4
92% suciedad
8% de Duende
w4, 4
F6 = m6
(1 – X)
#VARIABLES = 13
# ECUACIONES = 6
GL = 13 – 6 = 7
Δ = 7 – 6 = 1 (Proceso Dinámico)
95% eliminación de suciedad ⇒ m1 (1 - w1, 1 = 5% de la suciedad que entra)
Balance alrededor del punto de mezcla implican 3 incógnitas m3, m6, X así como los balances
alrededor del filtro m4, m6, X, pero la bañera sólo implica 2(m3, m4) y 2 balances se
permitido para cada subsistema.
Balance alrededor tanque/ agitador ⇒ m3, m4
Balance de todo punto de mezcla ⇒ m6, x
ECUACIONES:
I.
II.
III.
IV.
V.
VI.
95% de remoción de tierra: m1 = (1 – w1,1) (2kg)
Equilibrio suciedad general: 2 = m1 + (0.92)*m5
Resultado global Duende: m2 = ( F3 + (1- W4,4)*m5)
Tanque Agitador / Suciedad: 2 + 0.03*m3 = 0.10 + .13*m4
Tanque Agitador/ Duende: 0.97 m3 = 3 + 0.87*m4
Composición Duende: m2 + x(m6) = w1,1 *m3
RESOLVIENDO
a)
m1 = (1 – .95) (2kg) = .10 Kg
2 = .10 kg + (0.92)*m5
m5 = 2.065
III. m2 = ( 3 kg + (0.08)*2.065)=3.17 kg detergente DUENDE por camisa
I.
II.
b)
IV.
V.
2 + 0.03*m3 = 0.10 + .13*m4
0.97 m3 = 3 + 0.87*m4
RESOLVIENDO SIMULTANEAMENTE.
m3 = 2.04 kg, m4 = 19.3 kg
3.17 + m6 = 20.4
Mm6 = 17.3
VI.
3.17 + x(17.3) = .95*20.4
X= 0.961; 96% DE DUENDE Y 4% SUCIEDAD EN EL FLUJO DE RECIRCULACIÓN.
EJERCICIO 2.
El jugo de naranja fresco contiene 12.0% en peso de sólidos y el resto de agua; mientras el jugo de naranja concentrado
contiene 42% de sólidos. Se utilizó inicialmente un proceso de evaporación para concentrar jugo, pero los componentes
volátiles escaparon con el agua dejando al concentrado sin sabor. El siguiente proceso resuelve este problema: se realiza
una desviación del evaporador con una fracción de jugo fresco; el jugo que entra al evaporador se concentra hasta que
tiene 58% de sólidos, y el producto se mezcla con el jugo fresco desviado para alcanzar la concentración final de solidos
deseada.
a) Calcula la cantidad de jugo concentrado producido por cada 100 kg del jugo fresco que alimenta el proceso y la
fracción de alimentación que se desvía del evaporador.
b) Los ingredientes volátiles que proporcionan el sabor están contenidos en el jugo fresco que desvía del evaporador.
Podrías tener más de estos ingredientes en el producto final, evaporando hasta conseguir (por ejemplo) un 90% de
sólidos en lugar de 58%; entonces podrías desviar una fracción mayor del jugo fresco y, por lo tanto, obtendrías un
productor de mejor sabor. Sugiere las desventajas de esta proposición.
F3 Kg/h
Agua
100 Kg/h F1Kg/h
12% masa 12% masa
Evaporador
F4Kg/h
58% masa
F2 Kg/h
12% masa
F5Kg/h
42% masa
Base de cálculo = 100 kg
# VARIABLES: 5 (F1, F2, F3, F4 y F5)
# ECUACIONES: 5
GL = 5-5 = 0 (Problema correctamente definido o sea que el número de las variables d esconocidas en las
corrientes es igual al número de ecuaciones independientes disponibles )
Ecuaciones:
I.
II.
III.
IV.
V.
F1+F2=100
F1=F3+F4
0.12F1=0.58F4
F5=F4+F2
0.58F4+0.12F2=0.42F5
Resolviendo Ecuaciones:
F1=90.06
F2=9.94
F3=71.43
F4=18.63
F5=28.57
a) Cantidad de jugo = F4 + F5 = 47.1 kg
Cantidad desviada = 9.94 kg
b) El proceso sugiere una cantidad inmensa de masa y el jugo sería muy difícil de digerir si se introducen 100 kg y tú
quieres un 90% estarías consumiendo por jugo 90 kg de solidos lo cual, generaría perdidas darías más kg de jugo
por un precio igual al que darías 58 kg de jugo.
El jugo al tener residuos sólidos tendría un tiempo menor de caducación por lo que no subastaría al usuario al
menos por un mes
El jugo con más sólidos aumenta el tamaño del equipo y eso genera gastos
CONCLUSIONES.
Realmente observamos que los problemas no son situaciones ajenas a la realidad, cualquier actividad de uso como se
le puede manejar como un problema de balance de materia, es importante definir cada una de nuestros variables como
flujos, composiciones, ya que estas dependen si nuestro resultado o todo nuestro proceso maneja cifras reales y ser
viable a presentarlo como algún proyecto o nuevo negocio.
Realmente estos problemas nos dimos cuenta que nos falta un poco más por entender y repasar, el ejercicio 3
realmente no supimos ni por donde empezar pero esperemos que leyendo y practicando sea algo más fácil de lo que
imaginamos.
REPORTE DE ACTIVIDADES EQUIPO 4.
Integrante
Puntualidad entrega de
Actividades
Frida Amanda
Eficaz al conseguir
Mendoza
métodos de solución
Ocampo
Claudia Andrea
Puntual y siempre con
Huerta Chávez
disposición a las
actividades
Miguel Ángel
Siempre puntual y
Vázquez
cooperativo en
González
actividades
Victor Hugo
Puntual realización y
Chávez López
entrega de actividades
(Líder)
Participación resultados
Discusión y análisis
Puntualidad
Reuniones
Puntual
Respeto y
tolerancia
Siempre
Esfuerzo y
trabajo
95
Participación Ejercicio 2
Puntual
Siempre
95
Confusión y un poco de
problemas ejercicio 1
Puntual
Siempre
90
Discusión, análisis y
diseño de los
problemas
Puntual
Siempre
95