Balance de materia

BALANCES DE MATERIA
En este capítulo comenzaremos a estudiar el concepto de balance de materia. Los balances de materia no son más que la aplicación de la ley de conservación de la masa: “La materia no se crea ni se destruye”. Lo que este enunciado significa en la práctica y cómo puede aprovecharse el concepto para resolver problemas con diversos grados de complejidad requiere una explicaciónbastante extensa.
¿Por qué estudiar los balances de materia como tema aparte? El lector aprenderá que los cálculos de balance de materia son casi siempre un requisito previo para todos los demás cálculos al resolver problemas de ingeniería química tanto sencillos como complejos. Además, las habilidades que desarrolle al analizar los balances de materia se podrán transferir con facilidad a otrostipos de balances y otros tipos de problemas.
Al enfocar la resolución de problemas de balance de materia, el primer paso consiste en considerar la forma de analizarlos de modo que el método y el procedimiento de resolución queden claros. El objetivo será ayudar al lector a desarrollar un enfoque generalizado de resolución de problemas para que deje de contemplar cada nuevo problema, operaciónunitaria 0 proceso como algo completamente nuevo y sin relación alguna con cualquier cosa que haya visto antes. Al examinar los ejemplos que usaremos para ilustrar los principios implicados en cada una de las secciones, explore los métodos de análisis, pero evite memorizar los ejemplos ya que, después de todo, son sólo muestras de la infinidad de problemas que existen o que podrían inventarse en elárea de los balances de materia. La mayor parte de los principios que consideraremos tienen aproximadamente el mismo grado de complejidad que la ley de compensación inventada por un filósofo autodidacta desconocido quien dijo: “Las cosas generalmente se hacen en algún lugar o bien en algún sitio. La lluvia siempre va seguida de un periodo seco, y el clima seco sigue a la lluvia. He observado que, sinexcepción alguna, si un hombre tiene una pierna corta, ila otra siempre es más larga!”
Al resolver estos problemas tendrá necesidad de aplicar cierto criterio ingenieril. Pensamos que las matemáticas son una ciencia exacta. Por ejemplo, suponiendo que un hombre tarda 10 días en construir un muro de ladrillo, entonces 10 hombres podrán terminarlo en un día. En consecuencia, 240 hombres podránterminar el muro en una hora, 14,400 podrán hacer el trabajo en un minuto, y con 864,000 hombres iel muro estará erigido antes de que se pueda colocar un solo tabique! La clave del éxito consiste en aplicar un poco de sentido común a la resolución de los problemas.

EL BALANCE DE MATERIA

CONCEPTOS PRINCIPALES
Para efectuar un balance de materia (o un balance de energía, como se verá en elcapítulo 5) de un proceso, primero hay que especificar en qué consiste el sistema para el cual se hará el balance y establecer sus fronteras. Según el diccionario, un proceso es una serie de acciones, operaciones o tratamientos que producen un resultado [producto]. La ingeniería química se centra en operaciones como las reacciones químicas, el transporte de fluidos, la reducción y la amplificación detamaño del equipo, la generación y el transporte de calor, la destilación, la absorción de gases, los birreactores y demás cosas que causan cambios físicos y químicos en los materiales.
Los ejemplos que usamos en este libro a menudo se basan en abstracciones de estos procesos a fin de evitar detalles que podrían causar confusión. Un sistema se refiere a cualquier porción arbitraria o la totalidad deun proceso establecida específicamente para su análisis. La figura 3.1 muestra un sistema en el que hay flujo y reacción; observe en particular que la frontera del sistema se circunscribe formalmente alrededor del proceso mismo a fin de subrayar la importancia de delinear cuidadosamente el sistema para cada uno de los problemas que intente resolver. Un sistema abierto (o continuo) es aquel en...