Balances de Materia

Tema 2

Balances de materia sin reacción química
en estado estacionario

Sumario
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Principios de conservación de la materia y de la
energía.
Balances de materia en unidades simples.
Balances de materia en sistemas de unidades en
serie, con corrientes de derivación y con corrientes
de recirculación sin purga y con purga

Principios de conservación de
la materia y de laenergía

Ecuación general de un balance
ENTRA  SALE  GENERA   ACUMULA
Estado estacionario con reacción química

ENTRA  SALE  GENERA  0
Estado estacionario sin reacción química

ENTRA  SALE  0
ENTRA  SALE

Principios de
conservación de la
masa y de la
energía

Balances de materia en
unidades simples

Ejemplo de balance de “materia”
Gastos delhogar
900 €/mes
Ingresos

Alquiler

2000 €/mes

600 €/mes
Otros
x €/mes

ENTRA  SALE
ingresos  Gastos del hogar + Alquiler + Otros
2000 €/mes = 900 €/mes + 600 €/mes + x
x = 2000 €/mes - 900 €/mes - 600 €/mes
x = 500 €/mes

Caudales y porcentajes
• Los caudales se suelen medir en unidades de masa por unidad de tiempo o
en moles por unidad de tiempo. Ejemplos: kg/h,mol/h
• Si por ejemplo una corriente A, contiene un componente al “x por ciento”, el
caudal de ese componente en esa corriente es:

x
A
100
• Ejemplo: Una corriente F de 300 kg/h contiene un 25% de sal. La cantidad de
sal que circula por esta corriente será:

Caudal de sal 

25
 F  0, 25  F  0, 25  300kg / h  75kg / h
100

• En el caso de mezclas de gases ideales, losporcentajes en volumen
coinciden exactamente con los porcentajes en moles, pero son diferentes a los
porcentajes en masa

Unidades ¡Cuidado!
Unidades

En muchos casos es muy ventajoso ir haciendo los cálculos
arrastrando las unidades que se emplean para cada cantidad

Sólo es posible sumar, restar e igualar cantidades si las unidades de
dichas cantidades son las mismas.
Se pueden multiplicaro dividir cantidades con distintas unidades

La “unidad de los químicos”: el mol
Recordemos que...
El mol es la cantidad de materia (no la masa) contenida en un número
de Avogadro de átomos, moléculas u otro tipo de partículas.
El número de moles se determina con:

m
n
M

Masa
Peso molecular

Además...
La masa es aditiva y siempre se conserva. El número de moles se
conserva sinreacciones químicas, pero puede cambiar con reacciones
químicas. Los volúmenes no se pueden sumar (no son aditivos), salvo en
los gases ideales sin reacción química, donde además son proporcionales
al número de moles

Escalas de temperatura
Recordamos de nuevo...
Los kelvin y los grados centígrados tienen el “mismo tamaño”.
Además, el cero absoluto está a 273,16 ºC. Por tanto:

K º C 273,16
Cuando en un cálculo no intervienen sumas o restas, K y ºC, son
equivalentes. Cuando hay sumas y restas, hay que emplear la
expresión anterior.

C p  4,18

kJ
kJ
 4,18
kgº C
kg  K

En kelvin

l  l0  T

En grados centígrados l  l0   (t  273,16)

Reglas de oro en los balances de materia

• Comprender bien qué es lo que se quiere calcular y en qué consiste elsistema estudiado.
• Definir bien las corrientes, lo que se sabe de ellas y lo que se ignora.
• Ser muy metódico a la hora de plantear los balances y en la
resolución de las ecuaciones resultantes.
• Buscar siempre la estrategia más sencilla

Y sobre todo, que no cunda el pánico...

Relación de problemas número 1…

Balances de materia en
sistemas de unidades

Sistema
Lasinstalaciones industriales normalmente constan de un conjunto de
unidades interrelacionadas que llamaremos sistema
Ejemplo sencillo:

Unidad 1

Unidad 2

Una unidad no tiene que ser
necesariamente “una máquina”, sino
el punto de confluencia o de
separación de corrientes
Esto se puede
considerar como
unidad

Unidad 1

Esto se puede
considerar como
unidad

Balances a sistemas...