CAP 4 Felder

Capítulo

4
Fundamentos de los balances
de materia
Al diseñar un nuevo proceso o analizar uno ya existente, es necesario te ner en cuenta ciertas restricciones impuestas por la natw·aleza. Por ejemplo, no es posible especificar que se alimenten 1000 g de plomo a un reactor y produzca 2000 g de plomo, de oro o de cualquier otra cosa. De igual manera, si sabe
que el carbón que se quema adiario en la ca ldera de una planta de energía contiene 1500 lb 01 de azufre,
no necesita analizar las cenizas y los gases de combustión para saber que se desprenden, en promedio,
1500 lb 111 de azufre por día de la caldera, de una u otra forma.
La base de ambas observaciones es la ley de la conservación de la masa, la cual establece que la
masa no se crea ni se destruye. (Este libro no se ocupade las conversiones casi infini t~simales entre masa y energía asociadas con las reacciones químicas.) Las relaciones basadas en la ley de conservación
de la masa como "entrada total de masa= salida total de masa" o "(lb111 de azufre/día)cnirn = (lbm de azufre/día)satc'' son ejemplos de balances de masa o balances de materia. El diseño de un nuevo proceso
o el análisis de uno ya existente noestán completos hasta que se establece que las entradas y salidas de
todo el proceso, y de cada unidad por separado, satisfacen las ecuaciones de balance.
La Parte Dos de este libro. que se inicia con este capítulo, describe procedimientos para escribir balances de materia de unidades individuales de proceso y de procesos de LU1idades múltiples. Este capítulo presenta métodos para organizar lainformación conocida sobre las variables del proceso, plantear
ecuaciones de balance de materia y resolver las incógnitas de las mismas. En los capítulos 5 y 6 se introducen diversas propiedades y leyes físicas que rigen el comportamiento de los materiales del proceso y
se indica cómo tomar en cuenta, como debe ser, estas leyes y propiedades para formu lar el balance de
materia.

4.0

OBJETIVOSDE APRENDIZAJE
Al terminar este capítulo, deberá ser capaz de:
•

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Explicar en sus propias palabras, de manera breve y clara, el significado de los siguientes términos:
(a) proceso i11ter111ite11te (por lotes), semicontinuo, co11tin110, transitorio, y en estado estacionario;
(b) recirculación (y sus propósitos); (c) pwga (y su objetivo); (d) grados de libertad; (e)fracción de
conversiónde algún reactivo limitante; (f) porcentaje en exceso de un reactivo; (g) rendimiento y selectividad; (h) composición en base seca de una mezcla que contenga agua; (i) aire teórico y porcentaje de aire en exceso en wia reacción de combustión.
Dada la descripción de un proceso, (a) dibujar y marcar en su totalidad el diagrama de flujo: (b) elegir una base de cálculo conveniente; (c) en un procesode unidades múltiples, identificar aquellos
subsistemas para los cuales podrían escribirse balances; (d) llevar a cabo el análisis de grados de libertad del sistema global y de cada posible subsistema; (e) escribir en orden las ecuaciones que emplearía para calcular las variables determinadas del proceso: y (f) realizar estimaciones. Debe ser
capaz de realizar estos cálculos para procesos deunidades únicas y unidades múltiples, y para procesos que incluyan corrientes de recirculación, derivación (bypass) o purga. Si el sistema implica
reacciones. debe ser capaz de utilizar balances de especies moleculares, especies atómicas o del grado de avance de la reacción, tanto para el análisis de grados de libertad como para los cálculos del
proceso.
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4.2

Balances

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BALANCES4.2
4.2a

L a ecuación ge neral de balance
Suponga que el metano es un componente de las corrientes de alimentación y de salida de una unidad de
proceso continuo, y que en un esfuerzo por determinar si la un idad se comporta como indica el diseiio.
se miden las velocidades de flujo másico de metano en ambas corrientes y se observa que son distintas {lilemra lilsale)- 1

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UNIDAD
DE...