Balance de materia



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 procesomismo
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 delfronteras 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 otransciente 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 noacumulación, 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 ydefina 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 lasecuaciones 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 eliminaagua 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 lodoseco

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 productoresultante 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)...