Balance de materia

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Asignatura: Química Aplicada a Procesos
Docente: Julie Palma Henríquez
BALANCE DE MATERIA

Los problemas de balance de materias 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, manteniéndose invariantes dos principios fundamentales :
1.- Elprimero es 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 la conservación de la masa de aquellas sustancias químicas que no sufren reacción química.
2.- El segundo principio es el de conservación de los elementos químicos que intervienen en el sistema y que se asocian en las diferentes moléculasque constituyen las sustancias químicas.
Finalmente cuando en el sistema intervienen iones podríamos añadir un tercer principio que sería el de electroneutralidad de cargas eléctricas o de igualdad de cargas positivas y negativas.
Método.
En general para abordar un problema de balance de materia se pueden seguir los pasos que se señalan a continuación :
1.- Interpretar adecuadamente elenunciado del problema.
Conviene leer el problema varias veces para comprenderlo y asimilarlo bien. Tratar de identificar qué datos son conocidos y cuáles desconocidos. Si existe una o más reacciones químicas involucradas o por el contrario no hay ninguna. Si se conocen bien todas y cada una de las sustancias químicas que intervienen (elementos químicos y fórmulas de las moléculas) y que cambios puedensufrir en las condiciones a que van a ser sometidas.
Se presupone siempre que las condiciones son estacionarias, es decir, independientes del tiempo y que no existe acumulación de masa en los equipos del proceso, de manera que la entrada de materia tiene que ser igual a la salida conservándose los principios que se indicaron más arriba.
Es preciso desarrollar el sentido común y los conocimientosde química para aventurar hipótesis correctas:
Existen una serie de datos implícitos que se consideran conocidos "a priori" como:
.- La composición del aire (79% N2 y 21% O2) en el que se asimilan los gases inertes contenidos en el aire por simplificación a nitrógeno.
2.- Dibujar un diagrama de flujo
En el que se representen las corrientes de entrada y salida por flechas y las operaciones oprocesos como cajas rectangulares . En ellas tendrán lugar por ejemplo reacciones químicas o procesos de mezcla o separación con una o varias entradas y en general una o varias salidas a veces con distintas fases : líquida, sólida o gaseosa.
3.- Colocar en el diagrama los datos conocidos y desconocidos.
En las corrientes de entrada y salida del diagrama de flujo se identifican las sustanciasquímicas, fases y se indican las composiciones en caso de ser conocidas y las cantidades de flujo de materia de las sustancias que sean datos en el problema.
4.- Colocar en las cajas del diagrama las reacciones ajustadas y rendimientos de operación.
En caso de existir una o varias reacciones se ajustarán y asignarán a los procesos correspondientes así como su rendimiento o eficiencia tanto paraaquéllas como para los procesos de separación.
5.- Seleccionar una base sencilla para los cálculos.
Dado que en general las reacciones entre sustancias químicas proceden en general de forma sencilla en moles ( número de veces en que está contenido el peso molecular de la sustancia en gramos), resulta cómodo elegir 1 o 100 moles como referencia o bien 1 o 100 Kmol del reactante principal o del máscomplejo si se conoce su composición molar, como base de cálculo.
6.- Inspeccionar el diagrama y leer de nuevo el enunciado.
Conviene de nuevo identificar las sustancias químicas y las corrientes del proceso y comprobar las composiciones y datos conocidos y desconocidos o sujetos a alguna condición particular.
Técnicas de solución.
Enlazando con el método anterior se seguirían los pasos...
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