Balances de materia y energia

0.1. Ejemplo Inicial Balances sin Reacción Química

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Ejemplo Inicial Balances sin Reacción Química

Primera versión. Puede contener algunos errores de digitación. Se agradece reportarlos para corregirlos. Para preparar mermelada de fresa se mezclan en una trituradora las fresas con azúcar en una relación masa de... Figura Diagrama de Flujo de Proceso Para la solución de esteproblema se seguirá un procedimiento descrito para la formulación y solución de balances de materia y energía sin reacción química: 1. Entender el problema y realizar un Diagrama de flujo de Proceso (DP) claro, en el cual se consigne toda la información disponible sobre el proceso: flujos (másicos, molares, energéticos), concentraciones, temperaturas y otras relaciones de operación del proceso. Esto yase realizó en la parte inicial, con la transcripción de todos los datos disponibles en el DP. 2. Realizar un Diagrama de Flujo en bloques (DF) rotulando los equipos que intervienen y las operaciones que ocurren en el proceso. Transcribir al DF todos los datos (corrientes, temperaturas, concentraciones, etc.) del DP, unificando unidades y sistemas de medida. Numerar y nombrar las corrientes y de sernecesario los equipos y las sustancias químicas que intervengan, aunque para equipos y sustancias, es muy común utilizar directamente sus nombres o las abreviaturas de éstos. El DF pedido es como sigue. Se usa la nomenclatura de sustancias: Sólidos (S), Agua (A) y Azúcar (Az). 3. Trazar y rotular sobre el DF los posibles Sistemas de Proceso (Si ) a analizar. Se sugiere trazar por los menos unSistema de Proceso por equipo u operación unitaria y un sistema que cubra el proceso total. Si se detectan sistemas que no tienen interacción másica, se deben transcribir directamente al DF las concentraciones iguales de todas las corrientes. Del mismo modo debe procederse con los sistemas que no tienen interacción energética. Este paso se muestra a continuación sobre el mismo DF previo. Nótese que setrazaron cuatro Sistemas de Proceso: SI , SII , SIII y ST otal . 4. Completar una Tabla de Análisis (TA) que contenga cada uno de los Si trazados. En esta TA se consignará la siguiente información para cada sistema: Rótulo o nombre del sistema Si , nombrar las posibles ecuaciones de balance (de materia y energía) a plantear, número de tales ecuaciones independientes disponibles, tipo de otrasecuaciones adicionales (equilibrio, relaciones de operación, condiciones de operación, etc) a plantear, número de otras ecuaciones independientes disponibles, nombre de las variables-incógnitas, número de variables-incógnitas, comentario sobre la solución del sistema de ecuaciones resultante. Como ya se dijo, en los sistemas Si sin interacción

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másica todas las concentraciones se nomenclan yllaman igual que la concentración de la corriente de entrada. Esto evita confusiones y variables artificiales a la hora de plantear la TA. Las Tablas de Análisis de los cuatro sistemas se muestran a continuación: 5. A partir de la TA determinar un mapa de solución de los balances, seleccionando primero uno de los Si que tenga sólo un grado de libertad (los más determinados, que resultan solublesusando una Base de Cálculo (BC)), y en lo posible con balances desacoplados de materia y energía. Siempre incluir dentro del mapa un sistema que permita comprobar los resultados obtenidos. Esto es posible puesto que debe resultar siempre, ya con los (n − 1) balances resueltos, que el sistema restante es dependiente de los demás. El mapa de solución 6. Solucionar secuencialmente los sistemasestablecidos para el proceso, en el orden determinado en el mapa de solución y explicitar el vector solución. De ser necesario aprovechar la homogeneidad de los balances de materia y energía respecto a los flujos (másicos y energéticos) para llevar el vector solución al valor pedido en el planteamiento del problema. Se solucionará de acuerdo con el mapa de solución 2: B.C. = m3 = 100 kg –> SI (Balance hr...