BALANCE DE MASA

BALANCE DE MASA

CONCEPTOS BÁSICOS

Un balance de materiales no es más que una contabilización de material, donde existen flujos de entrada y salida. 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

Sistema cerrado(por lotes): no hay transferencia de material fuera de la frontera

Ecuación general del balance de materia:

Acumulación

dentro del = Entrada por las – Salida por las + Generación dentro – Consumo dentro

sistema fronteras del fronteras del del sistema del sistema

del sistema sistema

El término acumulación se refiere a un cambio de masa o moles dentro del sistema en el tiempo.

Si la masa o moles no varían en el tiempo tenemos lo que se denomina “Estado estacionario”, lo cual implica que no hay acumulación(acumulación = 0). En caso contrario tenemos un estado no estacionario o transciente y los problemas en este caso se formulan como ecuaciones diferenciales.

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

Recomendaciones para la solución de problemas de balance:

1. Lea el problema detenidamente y aclare lo que se desea obtener

2. Haga un diagrama de flujo del proceso y defina el sistema mediante una frontera

3. Rotule con símbolos cada flujo y las composiciones que les correspondan

4. Indique todos los valores conocidos de las composiciones y flujo de las corrientes en el diagrama de flujo; calcule las composiciones y flujos adicionales a partir de los datos dados

5. Escoja una base de cálculo

6. Identifique todos los flujos desconocidos

7. Escriba las ecuaciones de los balances

8. Resuelva las ecuaciones

9. Preste atención a las unidades

Si en el proceso intervienen S componentes, la ley de la conservación de masa originará S + 1

Ecuaciones para el balance de materiales para cada uno de los componentes y una ecuación para el balance global

Ejemplo 1:

En la unidad de tratamiento de desechos de una planta, un espesador elimina agua de los lodos húmedos de aguas residuales de acuerdo a la figura. ¿Cuántos Kg. de agua salen del espesador por cada 100Kg de lodos húmedos que ingresan? El proceso está en estado estacionario.

Solución 100 Kg Lodos deshidratados Lodos húmedos Agua =?

Base de cálculo, 100 Kg. de lodo seco

El sistema es el espesador(sistema abierto), no hay acumulación, generación ni consumo

El balance de masa total es:

Entra = Sale

100 Kg. = 70 Kg. + Kg. de Agua

Salen 30 Kg. de agua

Ejemplo 2

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

Solución

Diagrama del proceso:

W = 100 Kg H2O(vapor)

Torta húmeda

...