BALANCE DE MATERIA Un balance de materia no es más que una contabilización exacta de material, donde existen flujos de entrada y salida, se acumulan o se agotan en un intervalo de operación dado. Hay cuatro tipos de balances: 1.- ACUMULACIÓN = ENTRADA –SALIDA +GENERACIÓN –CONSUMO 2.- ACUMULACIÓN = ENTRADA – SALIDA (SIN REACCIÓN QUÍMICA) 3.- ENTRADA= SALIDA (SIN ACUMULACIÓN, SIN REACCIÓN QUÍMICA) 4.- ACUMULACIÓN = GENERACIÓN – CONSUMO (CON REACCIÓN QUÍMICA) Pueden escribirse dos tipos de balances: 1.- Balance diferencial, o balance donde se indica qué está sucediendo en un sistema en un dado instante de tiempo. Cada término en este balance corresponde a una velocidad (velocidad de entrada, velocidad de generación o consumo, etc.) y tiene unidades de la variable sobre la que se realiza el balance por unidad de tiempo (ej., habitantes/año, g de CO/s, barriles/día). Este tipo de balance se utiliza siempre para procesos continuos. 2.- Balance integral, o balance donde se describe qué sucede entre dos instantes dados de tiempo. Cada término de esta ecuación es una cantidad de la variable balanceada y no tiene unidades de tiempo (por ej., g. de CO). Este tipo de balances se utilizan normalmente en procesos batch entre dos instantes de tiempo, siendo el tiempo inicial el correspondiente a la carga y el final el correspondiente a la descarga. Conociendo el balance integral, es posible integrarlo para obtener este tipo de balance o directamente se lo plantea en forma integral. Se deben distinguir los siguientes conceptos: Sistema: Se refiere a cualquier porción arbitraria o a la totalidad de un proceso establecida para su análisis. Frontera del sistema: Se circunscribe formalmente alrededor del proceso mismo. Sistema abierto(continuo): Es aquel en que se transfiere material por la frontera del sistema; esto es, entra y sale del sistema, también se le conoce como balance diferencial. Sistema cerrado(por lotes): no hay transferencia de material fuera de la frontera. En los procesos continuos las materias entran continuamente en la zona de trabajo, y salen del mismo modo. El balance se aplicará una vez alcanzado el estado estacionario. En este caso no podrá producirse acumulación de materia y en la ecuación intervendrán los caudales másicos, que son independientes del intervalo considerado. La ecuación será: 𝐸 = 𝑆+𝐷 𝐸 = 𝑐𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑚á𝑠𝑖𝑐𝑜 𝑞𝑢𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎 𝑆 = 𝑐𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑚á𝑠𝑖𝑐𝑜 𝑞𝑢𝑒 𝑠𝑎𝑙𝑒 𝐷 = 𝑐𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑚á𝑠𝑖𝑐𝑜 𝑞𝑢𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑐𝑒 En este caso el balance también podrá ser global o parcial. En el primero los flujos de entrada tendrán que ser igual a los de salida, mientras que en los balances de componente se considerará el flujo de los que desaparezcan. Ecuación general del balance de materia Entrada + Generación – Salida – Consumo = Acumulación E+ G – S – C = A Se desea estudiar la población de insectos en un bosque, sabiendo que cada año llegan en promedio 1230 insectos de otros sectores, se van 1580, nacen 9305 y mueren 8560. ¿Cuál será la acumulación anual de insectos? 𝟏𝟐𝟑𝟎 + 𝟗𝟑𝟎𝟓 − 𝟏𝟓𝟖𝟎 − 𝟖𝟓𝟔𝟎 = 𝟑𝟎𝟓 𝒊𝒏𝒔𝒆𝒄𝒕𝒐𝒔/𝒂ñ𝒐 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: Entrada de masa por las fronteras = Salida de masa por las fronteras del sistema del sistema Si hay reacción(generación y/consumo), pero no acumulación, se tiene: Entrada de masa por las + Generación dentro = Salida por las – Consumo dentro del Fronteras del sistema del sistema fronteras del sistema Sistema 1.- En el procesamiento del pescado, una vez que se extrae el aceite, la torta de pescado se seca en secadores de tambor rotatorio, se muele finamente y se empaca. El producto resultante contiene un 65% de proteína. En un lote dado de torta de pescado que contiene 80% de agua(el resto es torta seca), se eliminan 100 Kg de agua, y se determina entonces que la torta de pescado tiene un 40% de agua. Calcule el peso de la torta de pescado que se introdujo originalmente en el secador W = 100 Kg H2O(vapor) secado Torta seca A 80% agua 20% solido Torta seca B 40% agua 60% solido 2.- Un secadero se alimenta con una suspensión acuosa de pulpa de papel, con un 6,7% en peso de sólido seco. El sólido que abandona el secadero contiene el 11% en peso de agua. Si el secadero elimina 75 000 kg/h de agua, ¿cuál será la producción diaria de pulpa de papel con un 11% en peso de agua? 1 2 secadero 3 agua 3.- Un evaporador se carga con una solución de NaCl al 25%. Se van a producir 14 670 lb de sal seca por hora. La sal formada retiene 20%, con respecto a su peso, de la salmuera (26.9% de la sal). ¿Cuántas libras de solución se cargan al evaporador por cada hora? agua NaCl al 25% Salmuera 20 % (26.9 %) 4.- El ácido sobrante de un proceso de nitración contiene el 23 % de ácido nítrico, 57 % de ácido sulfúrico y 20 % de agua en peso. Este ácido ha de concentrarse para que contenga 27 % de ácido nítrico y 60 % de ácido sulfúrico por adición de ácido sulfúrico concentrado que contiene 93 % de pureza y ácido nítrico concentrado que tiene 90 % de pureza. Calcular los pesos de ácido sobrante y concentrado que deben combinarse para obtener 1000 lb de la mezcla deseada. 5.- Un néctar de mango debe de contener 100 kg de puré de mango, 30 kg de azúcar, 170 kg de agua y 10 kg de acido cítrico. ¿Qué cantidad de materias primas se deben de emplear para producir 5300 kg/h de néctar de mango? Ac. cítrico azúcar agua Puré de mango 5300 kg/h http://alimentaria.pe.tripod.com/masaenergia.pdf 6.- Una corriente de 1000 kg/h contiene10 % de alcohol, 20 % de azúcar y el resto de agua , se mezcla con 2000 kg/h de una corriente con 25 % de alcohol, 50 % de azúcar y el resto de agua. ¿Cuál será la composición de la mezcla resultante? Corriente 1 Corriente 2 Mezcla resultante 7.- En un horno de cocción de cerámica se introducen 6,7 toneladas de material arcilloso húmedo ya conformado, el cual después de someterse a temperaturas de 1100 ⁰C durante un tiempo, produce 4 toneladas de ladrillos. Calcular la cantidad de agua desprendida. 6.7 t 4t agua http://ocw.uc3m.es/ingenieria-quimica/quimica-ii/ejercicios-proyectos-y-casos/ 8.- A un sistema de decantación de fangos en una depuradora entra un caudal de 15 m3 de agua por hora (Q), con un 2% en sólidos. En el decantador se separan dos corrientes, una de fangos (F) con un 10% en sólidos, y otra de agua clarificada (C), con solo un 0,2% de sólidos. Determinar el caudal de salida de agua clarificada (todos los porcentajes son en v/v). Realice un balance de materia para el siguiente proceso sin reacción química 9.- Para la fabricación de mermelada se emplea un evaporador, donde se mezcla fruta triturada (F) con azúcar (A) en proporción en peso de 9:11, adicionándose un 2.3 ‰ de pectina (P). La mezcla se homogeneiza y se concentra por evaporación hasta el 67 %. ¿Qué cantidad de agua se evaporará a partir de una fruta con un contenido en sólidos del 14 %? Todos los porcentajes dados son en peso. F 14% de sólidos F/A A P Mermelada 67 % solidos X https://es.slideshare.net/florsoledadgonzalezc amasca/52150356solucionariobalancedemateriayenergia
