Balance de materia

Balance de Materia.
Para resolver un problema de balance de materia es aconsejable proceder mediante una serie de etapas definidas, tal como se explican a continuación:
* Trácese un diagrama simple del proceso. Este puede ser un diagrama de bloques que muestre simplemente la corriente de entrada con una flecha apuntando hacia dentro y la corriente de salida con una flecha apuntando haciafuera. Inclúyanse en cada flecha composiciones, cantidades, temperaturas y otros detalles de la corriente. Todos los datos pertinentes deben quedar incluidos en este diagrama.
* Escríbanse las ecuaciones químicas involucradas (si las hay).
* Selecciónese una base para el cálculo. En la mayoría de los casos, el problema concierne a la cantidad específica de una de las corrientes del proceso,que es la que se selecciona como base.
* Procédase al balance de materia. Las flechas hacia dentro del proceso significarán entradas y las que van hacia fuera, salidas. El balance puede ser un balance total de material, como en la ecuación (1.52), o un balance de cada componente presente (cuando no se verifican reacciones químicas).
Los procesos típicos en los que no hay una reacción químicason, entre otros, secado, evaporación, dilución de soluciones, destilación, extracción, y pueden manejarse por medio de balances de materia con incógnitas y resolviendo posteriormente las ecuaciones para despejar dichas incógnitas.

EJEMPLO:
En el proceso de concentración de jugo de naranja, el zumo recién extraído y filtrado que contiene 7.08% de sólidos en peso, se alimenta a un evaporador alvacío. En el evaporador se extrae agua y el contenido de sólidos aumenta al 58% en peso. Para una entrada de 1000 kg/h, calcule la cantidad de las corrientes de jugo concentrado y agua de salida.

Evaporador
1000Kghjugo
7.08% solidos
WKghagua
C Kghjugo Concentrado
58% solidos
Evaporador
1000Kghjugo
7.08% solidos
WKghagua
C Kghjugo Concentrado
58% solidos

1000 = w + c

Estoproduce una ecuación con dos incógnitas. Por lo tanto, se hace un balance de componentes con base en el sólido:
1000×7.081000=W0+C×58100
Para resolver estas ecuaciones, primero se despeja C en la ecuación (1.5-4) pues W desaparece. Se obtiene:

C = 122.1 kg/h de jugo concentrado.

Sustituyendo el valor de C en la ecuación;

1000 = w + 122.1

Se obtiene que W = 877.9 kg/h de agua.
Paracomprobar los cálculos, puede escribirse un balance del componente agua.

1000×100-7.08100=877.9+122.1100-58100

Al resolver,
929.2 = 877.9 + 51.3 = 929.2b

Balance de Energía, conservación de la energía.
Para establecer un balance de calor en estado estable se usan métodos similares a los aplicados en los balances de material. La energía o calor que entra a un proceso con los materialesalimentados, más la energía neta que se agrega al proceso, es igual a la energía de salida de los materiales.
Expresando esto de forma matemática,
HR+-∆H2980+q=Hp
Donde HR es la suma de las entalpías de todos los materiales que entran al proceso de reacción con respecto al estado de referencia para el calor normal de reacción a 298 K y 101.32 kPa. Si la temperatura de entrada es superior a 298 K,esta suma será positiva. (-∆H2980 ) = calor normal De reacción a 298 K y 101.32 kPa. La reacción aporta calor al proceso, por lo que el signo negativo de -∆H2980 se considera como entrada positiva de calor para una reacción exotérmica. q= energía Neta o calor añadido al sistema. Si el sistema desprende calor, este término será negativo.
Hp= suma de entalpías de todos los materiales de salida conrespecto al estado normal de referencia
A 298 K (25 “C).
Adviértase que si los materiales de entrada a un proceso están por debajo de 298 K, HR será negativa.

EJEMPLO: Calentamiento de un medio de fermentación
Un medio de fermentación líquido a 30 “C se bombea a velocidad de 2000Kgha través de un calentador, donde su temperatura se eleva a 70 ºC bajo presión. El agua caliente de desperdicio...