Balance de masa

BALANCE DE MASAS

Introducción
Los problemas de balance de masas son aquellos en los que se pide determinar la masa de sustancias químicas que se mezclan, se separan en varias fases o corrientes, o se combinan o transforman en otras.
El principio de conservación de la materia que establece que la masa total del sistema no varía. Este principio puede extenderse también al caso de laconservación de la masa de aquellas sustancias químicas que no sufren reacción química.
Para conocer el balance total de masa de un sistema debemos llevar a cabo una metodología de cálculo, así al momento de resolverlo nos será mas practico y el resultado será mas confiable.

El balance de masa es un método matemático que se basa en la ley de conservación de la materia, que establece que la masa de unsistema cerrado permanece siempre constante (excluyendo, por supuesto, las reacciones nucleares o atómicas y la materia cuya velocidad se aproxima a la velocidad de la luz). La masa que entra en un sistema debe, por lo tanto, salir del sistema o acumularse dentro de él, es decir:
Entrada + generación - salida - consumo = acumulación
La ecuación de balance se formula para cualquier material queentra o sale en cualquier sistema de proceso.
Pueden formularse dos tipos de balance:
• Diferenciales: indican lo que sucede en un instante. Cada término es una velocidad.
• Integrales: describen lo que ocurre entre dos instantes. Cada término es una cantidad de la sustancia medida.
Los términos de generación y consumo = 0 si el balance es global.
Los balances de materia se desarrollancomúnmente para la masa total que cruza los límites de un sistema. También pueden enfocarse a un elemento o compuesto químico. Cuando se escriben balances de materia para compuestos específicos en lugar de para la masa total del sistema, se introduce un término de producción, este tipo de balance se conoce como Régimen Permanente:
Entradas + Generación = Salidas + Consumo
El término de producciónpuede utilizarse para describir velocidades de reacción. Los términos de producción y acumulación pueden ser tanto positivos como negativos.

Metodología del cálculo
1. Representar un diagrama de flujo y rotularlo con todos los valores de las variables conocidas.
2. Elegir una base de cálculo.
3. Rotular las variables desconocidas en el diagrama
4. Convertir volúmenes o flujos volumétricos acantidades másicas o molares.
5. Homogeneizar unidades.
6. Traducir a ecuación cualquier información que no se haya empleado en el diagrama de flujo.
7. Formular las ecuaciones de balance de masa.
8. Calcular las incógnitas y colocar los valores en el diagrama.
9. Corregir el diagrama si se usó como base de cálculo una diferente del valor de las corrientes del proceso.
Al resolver unproblema de balance de materia, debemos seleccionar las fronteras del sistema, identificar las corrientes de entrada y salida (todos los flujos que atraviesan los límites del sistema) e identificar los componentes que contiene cada corriente.
Hemos visto las diversas maneras de presentar esta información: a) flujo molar o másico de cada componente en cada corriente o b) flujo total de lacorriente (en moles o masa) junto con la composición de la corriente. Es decir, los elementos para efectuar el balance de materia con los que contamos son los siguientes:
1. El sistema seleccionado, con sus corrientes de entrada y salida.
2. Las variables de las corrientes que describen los flujos y composiciones de cada corriente.
3. El sistema de ecuaciones de balance de materia, de las cualesson independientes no más de S ecuaciones, siendo S el número total de componentes diferentes que aparecen en las corrientes.
4. La base de cálculo seleccionada. Además de lo anterior, la mayoría de los problemas de balance de materia incluirán diversas especificaciones. Estas especificaciones sirven para reducir el número de variables desconocidas y son importantes en la formulación del...