balance balance

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS

APUNTES DEL CURSO DE BALANCES DE MATERIA Y
ENERGÍA

Alberto Alfonso Germán Ibarra
Luis Balderas Tapia
México D. F., México
Diciembre de 2003.

Apuntes del curso de balances de materia y energía
Prefacio

Estos apuntes se elaboraron con la intención de poner a disposición del estudiantelos conceptos básicos
involucrados en la solución de problemas y diversos ejemplos de aplicación directa de los balances de
materia que integran los conocimientos adquiridos en materias de ciencias básicas de ingeniería, y que sirven
como introducción a los principios y técnicas empleadas en posteriores cursos de las carreras de Ingeniería
Química Industrial e Ingeniería Química Petrolera.Con esto se pretende fomentar en el alumno las
habilidades necesarias para resolver en forma sistemática diferentes problemas a los que tendrá que
enfrentarse en cursos posteriores como operaciones unitarias, diseño de equipos, etc.
En los ejemplos desarrollados y al final de estos apuntes, se proporciona un apéndice con la información
necesaria para su resolución, tratando con esto evitar queel alumno se disperse en la búsqueda de datos
adicionales, o bien que se confunda con información redundante

Atentamente,
M. en C. Alberto Alfonso Germán Ibarra
M. en C. Luis Balderas Tapia
Profesores de la Academia de Operaciones Unitarias

México D. F., México
Diciembre de 2003.

Elaborados por los profesores Alberto Alfonso Germán Ibarra y Luis Balderas Tapia

i

Apuntes delcurso de balances de materia y energía

CONTENIDO SINTÉTICO DEL PROGRAMA DE BALANCES DE MATERIA Y
ENERGÍA
pag.

UNIDAD I
INTRODUCCIÓN
I.1
I.2
I.3
I.4

1

Concentración
Composición.
Ley de la conservación de materia y energía
Ecuación general del balance de materia

1
2
7
7

UNIDAD II
BALANCES DE MATERIA SIN REACCIÓN

9

II.1 Balances de materia en un equipo
II.2 Balancede materia en dos o más equipos
II.3 Balances de materia con recirculación y/o derivación y purga.

13
16
19

UNIDAD III
BALANCES DE MATERIA CON REACCIÓN

22

III.1 Balance de materia en un reactor
III.2 Balances de materia en procesos
III.3 Balances de materia en procesos: con recirculación y/o derivación
y purga.

22
44
46

UNIDAD IV
BALANCES DE MATERIA Y ENERGÍA SINREACCIÓN

50

IV.1 Balances de materia y energía en operaciones unitarias
IV.2 Balances de Materia y Energía en dos o más equipos
IV.3 Balances de Materia y Energía con recirculación y/o derivación
y purga, en operaciones unitarias sencillas y complejas.

50
62
64

UNIDAD V
BALANCES DE MATERIA Y ENERGÍA CON REACCIÓN

66

V.1 Balances de materia y energía en un reactor
V.2 Balances demateria y energía en procesos
V.3 Balances de materia y energía en procesos – Problemas de aplicación

66
73
76

Elaborados por los profesores Alberto Alfonso Germán Ibarra y Luis Balderas Tapia

ii

Apuntes del curso de balances de materia y energía

pag.

Apéndice A
Tabla A1 de factores de conversión.
Tabla A2 de vapor de agua saturado.
Tabla A3 de entalpías de formación.80
81
82

Bibliografía.

83

Elaborados por los profesores Alberto Alfonso Germán Ibarra y Luis Balderas Tapia

iii

Apuntes del curso de balances de materia y energía
NOMENCLATURA.

F = Flujo másico o molar total (g, kg, lbmasa, g/h, kg/h, lb/h; gmol, kmol, lbmol, gmol/h, kmol/h,
lbmol/h).
F j = Flujo total de la j-ésima corriente,
f i = flujo del componente i.
f i, j =flujodel componente i en la corriente j
z = fracción masa o mol.
M = Masa total o flujo másico total (g, kg, lbmasa, g/h, kg/h, lb/h).
M j = Masa total o flujo másico de la corriente j.
m i = masa o flujo másico del componente i.
m i, j = masa o flujo másico del componente i en la j-ésima corriente.
xw = fracción masa o peso
xw i = fracción masa del componente i
xw i, j = fracción masa o peso...