Balance de materia y energia

UNIDAD: 4 BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA EN ESTADO NO ESTACIONARIO.

BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA.
 Los balances de materia y energía son contabilidad de entradas y salidas de materiales y energía de un proceso o de una parte de este. Estos balances son importantes para el diseño del tamaño de aparatos que se emplean y para calcular su costo. Si la planta trabaja, los balances proporcionaninformación sobre la eficiencia de los procesos. 
Los balances de materia y energía se basan en las leyes de la conservación de la masa y la energía. Estas leyes indican que la masa y energía son constantes y por lo tanto la masa y la energía entrante a un proceso, deben ser iguales a la masa y energía salientes a menos que produzca una acumulación dentro del proceso. 
Para balancear un proceso sinreacción química, se debe de tener en cuenta: 

1.-El número máximo de ecuaciones linealmente independientes que se pueden formular equivale al número de especies químicas en las corrientes de entrada y salida. 
2.-Formular primero aquellos balances que involucran el menor número de incógnitas. 

El balance de materia es un método matemático utilizado principalmente en ingeniería química. Sebasa en la ley de conservación de la materia, que establece que la masa de un sistema cerrado permanece siempre constante (excluyendo, por supuesto, las reacciones nucleares o atómicas y la materia cuya velocidad se aproxima a la velocidad de la luz). 
La masa que entra en un sistema debe, por lo tanto, salir del sistema o acumularse dentro de él, es decir: 
Entradas = Salidas + Acumulación   Los balances de materia se desarrollan comúnmente para la masa total que cruza los límites de un sistema. También pueden enfocarse a un elemento o compuesto químico. Cuando se escriben balances de materia para compuestos específicos en lugar de para la masa total del sistema, se introduce un término de producción: 
Entradas + Producción = Salidas + Acumulación  


4.1 BALANCE EN ESTADO NOESTACIONARIO.
El término estado no estacionario se refiere a los procesos en los que las cantidades o las condiciones operativas dentro del sistema cambian con el tiempo.
El estado no estacionario es un poco más complicado que el estado estacionario, y en general los problemas que implican procesos en estado no estacionario son más difíciles de formular y resolver que aquellos en los queintervienen procesos en estado estacionario. Sin embargo una amplia variedad de problemas industriales importantes pertenecen a esta categoría, como el arranque del equipo, el calentamiento en reacciones por lotes, el cambio de un conjunto de condiciones de operaciones a otro y las perturbaciones que aparecen cuando fluctúan las condiciones de un proceso.
EXPRESIÓN GENERAL DE LOS BALANCES DE MASA YENERGÍA
Los balances de masa y energía se pueden aplicar a diferentes escalas. Por ejemplo, a nivel molecular, microscópico o bien, a nivel macroscópico. Este último nivel es el que nos interesa en este curso, y consiste en considerar una unidad de proceso como un sistema homogéneo. En otras palabras, las temperaturas, presiones, densidades, concentraciones, etc., no dependen de la posición dentrodel equipo.
El diagrama más general para describir el transporte de masa y/o energía de un sistema es el siguiente:



Expresión general para el balance (de masa o energía), según el diagrama anterior, es:








BALANCES DE MASA NO ESTACIONARIOS
Para establecer los balances de materia de un sitema en estado no estacionario, se definen los siguientes términos:El transporte de material a través de los límites del sistema, se divide en dos partes: lo que cruza los límites definidos y lo que cruza límites indefinidos del sistema.

Flujo neto a través de límites definidos:
= entrada - salida = A1 v St│ - A2 v St │
│S1 │S2
Donde: v: velocidad del fluido
S: área transversal de los límites definidos
A: densidad de la especie A...