Balance de materia

LA RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS DE BALANCE DE MATERIAS
 
Introducción
Método
Técnicas de solución
Ejemplo
GLOSARIO
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Introducción. Con mucha simplificación y parcialidad se puede decir que un ingeniero es un resolvedor de problemas. Por ello resulta esencial en la formación de ingenieros intensificar y potenciar el hábito en la resolución de problemas.Los estudiantes aprenden a resolver problemas mediante la aplicación de leyes físicas y químicas, usando métodos y técnicas sencillas y un poco de sentido común.
La práctica y perseverancia en la realización de muchos problemas desarrolla la destreza y experiencia necesarias para atacar y resolver otros con éxito.
Los problemas de balance de materias dentro de la Ingeniería Química no nuclear sonaquellos 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, manteniendose invariantes dos principios fundamentales :
El primero 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 laconservación de la masa de aquellas sustancias químicas que no sufren reacción química.
El segundo principio es el de conservación de los elementos químicos que intervienen en el sistema y que se asocian en las diferentes moléculas que constituyen las sustancias químicas.
Finalmente cuando en el sistema intervienen iones podríamos añadir un tercer principio que sería el de electroneutralidad de cargaseléctricas 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 el enunciado 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 omás 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 pueden sufrir 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 demasa 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 conocimientos de química para aventurar hipótesis correctas como por ejemplo que en toda combustión de una sustancia orgánica a alta temperatura y con aire suficiente todo el carbono se convierteen dióxido de carbono, todo el hidrógeno en agua, todo el azufre en anhídrido sulfuroso y todo el nitrógeno en nitrógeno molecular. Se considera por lo tanto, salvo indicación expresa, despreciable la formación de CO y de NOx.
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 inertescontenidos en el aire por simplificación a nitrógeno. La ecuación de estado de un gas perfecto PV = nRT, se supone válida y general para cualquier gas, lo que permite que 1 mol de cualquier gas ocupe 22,414 litros en condiciones normales ( 1 atm y 0ºC o 273ºK). También debe considerarse que toda composición gaseosa se expresa habitualmente en % en volumen porque se suele analizar así, además por loseñalado antes el % molar y el % volumétrico coinciden a cualquier presión y temperatura.
2.- Dibujar un diagrama de flujo
En el que se representen las corrientes de entrada y salida por flechas y las operaciones o procesos 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...