Balance de materia

BALANCES DE MATERIA
Proceso: Es un conjunto estructurado de operaciones que tiene por objeto la transformación de una materia prima en un producto con valor agregado. Cada operación tiene por objeto introducir alguna modificación, que puede involucrar un cambio meramente físico (cambio de forma, estado, textura o apariencia) o un cambio químico (transformación de una sustancia en otra). Cadaoperación dentro de un proceso se identifica con un equipo que realiza tal operación.
El balance de materia es una herramienta fundamental en la ingeniería de procesos. Consiste en un cómputo de los flujos de materia que ocurren en cada una de las operaciones que constituyen un proceso. Se basa en el principio de la conservación de la materia, esto es, que la materia no se crea ni desaparece sinosólo se transforma, lo que es un principio absolutamente válido en la mayor parte de las situaciones que enfrenta un ingeniero.
Los procesos pueden dividirse en discontinuos y continuos.
Los procesos discontinuos (a veces denominados por lotes, por cargas o batch) consisten en aquellos en que no hay flujos de entrada ni salida de material en el sistema (operación o proceso) por lo que sólo existeun estado inicial (antes de la operación) y un estado final (después de la operación).
Los procesos continuos son aquellos en que hay flujos de entrada y salida de materiales. Por lo general este tipo de procesos opera en estado estacionario, esto es, se llega a un régimen en que las condiciones se vuelven invariables durante el tiempo que dura la operación.
Los procesos, sean de naturalezadiscontinua o continua, pueden involucrar o no cambios químicos, esto es, la transformación de una sustancia (materia prima o reactante) en otra. Por ejemplo, en la elaboración de un mueble no hay cambio químico sino sólo operaciones que involucran cambios físicos (la madera es cortada, cepillada, ensamblada, etc.). En la evaporación de agua para concentrar un alimento tampoco hay un cambio químico:el agua simplemente está pasando de un estado líquido a un estado gaseoso (vapor de agua) En la producción de urea (O=C[NH2]2) se hace reaccionar a alta presión anhídrido carbónico (CO2) y amoníaco (NH3) produciéndose el cambio químico: el producto de la reacción tiene propiedades por completo diferentes a las materias primas que lo originaron. En la producción de alcohol (etanol) porfermentación existe un cambio químico en que el azúcar (sacarosa) es convertida químicamente en alcohol (etanol) y anhídrido carbónico (CO2); en este caso, el agente de transformación es un ente biológico (una levadura) por lo tanto se trata de un bioproceso.
Los balances de materia pueden referirse a la totalidad de la masa involucrada, en cuyo caso se habla de balance global, o referirse a un componenteespecífico, en cuyo caso se habla de balance por componente.
Los balances de materia pueden realizarse al proceso en su totalidad, en cuyo caso se habla de balance total, o realizarse a una operación en particular dentro del proceso, en cuyo caso se habla de balance parcial.

La ecuación fundamental de un balance de materia es:
= F – I = E – S + G – C
donde:
es la variación en masaproducida durante el proceso u operación
F es la cantidad (masa) final obtenida luego del proceso u operación
I es la cantidad (masa) presente al inicio (antes del proceso u operación)
E es la cantidad de masa que ingresa al sistema (usualmente se expresa como un flujo másico, esto es, la masa que ingresa al sistema por unidad de tiempo)
S es la cantidad de masa que sale del sistema (usualmente seexpresa como un flujo másico, esto es, la masa que sale del sistema por unidad de tiempo)
G es la masa de una sustancia que es generada (producto) durante el proceso (u operación), lo que ocurre sólo en el caso de que haya una reacción química involucrada
C es la masa de una sustancia (materia prima o reactante) que es consumida durante el proceso (u operación), lo que ocurre sólo en el caso...