balances de masa y energia

6.1 BALANCE DE MASA

En principio, la base en la que se sustenta el método para realizar un balance de cualquier tipo de proceso son las leyes termodinámicas de la conservación de masa y energía. Dichas leyes establecen, que en la naturaleza, la materia no se crea ni se destruye, solo se transforma [9].

Para tomar en cuenta el flujo de material que entra y sale de un sistema con límitesdefinidos, se plantea un balance de materia, que no es más que una contabilización de material. Esto se puede expresar de la siguiente forma [9]:

Acumulación = Entradas – Salidas + Generación – Consumo































Figura 6. Esquema del sistema de horno de la línea 1.


































Figura 7.Esquema del sistema de horno de la línea 2.

En un sistema de proceso continuo como es el caso de un horno de cemento, la acumulación en cantidades significativas solo ocurre en estados de transición, ya sea cuando se modifican las variables de control del sistema, tales como cambios en el caudal de combustible, alimentación, niveles de oxigeno, etc., o bien cuando las condiciones de operación delsistema se encuentran fluctuando, tal como cambios en el amperaje del horno, temperatura del aire de salida del enfriador, etc. Cuando el sistema presenta un estado con fluctuaciones significativas en las condiciones de operación, se dice que se encuentra en condiciones inestables, lo cual significa que esta en un estado fluctuante de masa [4].

Por lo tanto, el balance de masa en un procesocontinuo se debe efectuar cuando su operación presente condiciones estables, en esta situación el sistema puede tener fluctuaciones en un pequeño rango con un promedio fijo y sin acumulación de material, así un balance de masa se puede expresar a través de la siguiente relación [4]:

Entradas + Generación = Salidas + Consumo

6.2 BALANCE DE ENERGÍA

El balance de energía se realizasimultáneamente con el balance de masa, ya que ambos se complementan. Así, el balance de energía, se puede plantear bajo los mismos términos del balance de masa y se puede expresar para un proceso continuo en condiciones estables con la siguiente relación [9]:

Transferencia de
+
Generación de energía
=
Consumo de energía
+
Transferencia de energía

energía hacia el sistema

dentro del sistemadentro del sistema

desde el sistema













El balance de energía debe mostrar en detalle todos los procesos de utilización de calor y, en especial, que procesos utilizan gran cantidad de calor y que procesos escasas cantidades de él, lo que mostrará los que requieren mayor atención, así como las pérdidas presentes en todo el volumen de control.


7. DEFINICIÓN DELALGORITMO

7.1 BALANCE DE MASA

La ecuación fundamental del balance de masa esta dada por:

mh  mc  mae  map  matc  maf  magh  magc  mclk  mpe  mg  maex  mvah  mvac

7.1.1 FLUJOS DEL BALANCE DE MASA

Algunos de los flujos que hacen parte del balance de masa y algunas propiedades de estos son medibles por medio de la utilización de equipos, sin embargo hay una serie deflujos y propiedades que no pueden ser medidos debido a lo complejo del sistema o a la falta de un medio de medición. Por esto, a continuación se da una introducción o explicación de cada uno de los flujos y las mediciones correspondientes a cada uno de ellos.

7.1.1.1 Harina.

La harina alimentada al proceso se obtiene por promedio de la información recolectada en sala de control durante eltiempo del balance. La alimentación por hora se extrae de las graficas de sala de control donde se encuentran todas las tendencias de las mediciones que hacen los equipos permanentes del proceso y es posible verificar allí mismo si el sistema se encontró en estado estable durante el procedo de medición. Cuando el sistema esta en estado estable, para la línea 1 la alimentación se encuentra alrededor...