fundamentos de balance de materia
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FUNDAMENTOS DE LOS BALANCES DE
MATERIA
León Cruzado, Jhon Paúl
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLODEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA
BALANCE DE MATERIA Y ENERGÍA
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Ecuación General de un Balance
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Tipos de balance
Lo que ocurre en un instante.
Cada término es una velocidad.
Personas/año, g SO2/s, barriles/día.
Proceso continuo.
Lo que ocurre en dos instantes.
Cada término es una porción.
Personas, g SO2, barriles.
Proceso intermitente o por lotes.
Balances Diferenciales Balances Integrales
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Reglas para simplificar un balance de materia
Si la cantidad balanceada es la masa total: generación=0 y consumo=0. Excepto en la reacciones nucleares, es imposible crear o destruir la masa.
Si la sustancia balanceada es una especie no reactiva: generación=0 y consumo=0.
Si un sistema se encuentra en estado estacionario: acumulación=0, sin importar lo que se esté balanceando.
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Balances de procesos continuos en estado estacionario
Acumulación es cero (proceso continuo en estado estacionario)
Entrada + Generación = Salida + Consumo
Si se realiza un balance de una especie no reactiva o de la masa total
Entrada = Salida
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Balance en un proceso de destilación continua
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Balances Integrales en un proceso intermitente (por lotes)
Entradas + Generación – Salidas – Consumo = AcumulaciónBalance de amoniaco
Generación - Consumo = AcumulaciónPor definición de acumulación
Acumulación = Salida Final – Entrada Inicial
Generación + Entrada Inicial = Consumo + Salida Final
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Balance en un proceso de mezclado intermitente
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Balances integrales en procesos semicontinuos y continuos
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Diagramas de flujo
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Ejemplo
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Sugerencias para marcar los diagramas de flujo
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Diagrama de flujo de un proceso de humidificación y oxigenación de aire
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Escala del diagrama de flujo y base de cálculo
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Escala aumentada del diagrama de flujo de un proceso de separación
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Balance de un proceso
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Balances de una unidad de mezclado
Elija una base de calculo y después dibuje y marque el diagrama de flujo.
Exprese lo que el problema le pide determinar en términos de las variables marcadas en el diagrama de flujo.
Cuente las variables desconocidas y las ecuaciones que la relacionan.
Describa el procedimiento de la solución. Balance de NaOH Balance de masa Total. Volumen de agua de dilución. Proporciones que pide el enunciado del
problema
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Análisis de grados de libertad
n df = n incógnitas – n ecuaciones independientes
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Las ecuaciones se derivan de:
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Ejemplo de análisis de los grados de libertad
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Procedimiento general para calcular un balance de materia en procesos de
unidades únicas1. Elija una base de calculo una cantidad o velocidad de flujo
de una de las corrientes del proceso.2. Dibuje un diagrama de flujo y anote en el valor de todas las
variables conocidas, incluyendo la base de calculo. Después marque en el diagrama todas las variables desconocidas.
3. Exprese lo que el enunciado del problema pide en términos de las variables marcadas.
4. Verifique la homogeneidad de las unidades de los flujos de las corrientes.
5. Análisis de los grados de libertad6. Si ndf=0, escriba las ecuaciones en orden eficiente.7. Resuelva las ecuaciones.8. Calcule las cantidades que solicita el problema si no se
calculo con anterioridad.
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Balance de materia en una columna de destilación