Balances de materia

Leyes de Conservación



1. INTRODUCCION
2. LEY DE CONSERVACION DE LA MATERIA.BALANCE DE MATERIA EN UN PROCESO DE FLUJO: ECUACION GENERAL
3. BALANCE DE MATERIA EN UN PROCESO DE FLUJO Y ESTADO ESTACIONARIOS: ECUACION DE CONTINUIDAD
4. DIFERENTES TIPOS DE PROCESOS : APLICACION DEL BALANCE DE MATERIA
5. PROCESOS CON OPERACIONES CONSECUTIVAS
6. MÉTODO PARA EL CÁLCULO DE UNBALANCE DE MATERIA
7. LEY DE CONSERVACION DE LA ENERGIA
8. BALANCE DE ENERGIA EN UN PROCESO DE FLUJO: ECUACION GENERAL
9. Problemas Tema 2
10. Bibliografía Tema 2


INTRODUCCION

En este tema se van a desarrollar los conceptos y métodos de cálculo que se requieren para determinar los flujos de materia y energía en un proceso químico. Estos cálculos, llamados balances de materiay energía, son las operaciones más elementales y que más frecuentemente realiza un ingeniero químico, aunque no se encuentran recogidos en los programas de las asignaturas del actual Plan de Estudios en la E.U.P. de Sevilla, más que de forma somera. De este modo, a la hora de resolver los problemas que aparecen en los proyectos de fin de carrera, el alumno sólo lo consigue a base de constancia, yno trabajando de un modo riguroso. La introducción de este tema, aunque de forma muy resumida, dentro del programa de la asignatura de "Operaciones Básicas", intenta responder a esta necesidad.
Los cálculos de balance se basan en los principios de conservación de la materia, (Ley de Lavoisier), y de la energía, (Primer Principio de Termodinámica), y sirven para determinar los flujos,composiciones y temperaturas de todas las corrientes en un determinado proceso, contando con información previa sobre el funcionamiento de algunos de los equipos o las propiedades de algunas de las corrientes. Son indispensables a la hora del diseño de cualquier unidad de dicho proceso, pues para este diseño se precisa de información de todas las corrientes de entrada y salida.




LEY DE CONSERVACIONDE LA MATERIA.BALANCE DE MATERIA EN UN PROCESO DE FLUJO: ECUACION GENERAL

Uno de los más importantes logros de la teoría de la relatividad es la formulación del principio de conservación de la suma de la masa y la energía de un sistema. Sin embargo, en los problemas con los que se enfrenta el Ingeniero Químico, no hay normalmente interconversión de ambas magnitudes, y pueden establecerse porseparado los balances correspondientes.
Para ambos es preciso definir con claridad el "Sistema" al que corresponde el balance.
Por Sistema se entiende una porción del universo, con límites reales o ficticios, aislada para su estudio.
Una vez definido el sistema se analizan, desde el punto de vista ponderal, los flujos de masa que entran y salen, y la variación de masa dentro del mismo, en untiempo determinado.
En el caso más general de un sistema abierto, para un tiempo diferencial, dt:
[pic]
Si [pic], se dice que hay acumulación de masa en el sistema.
Si [pic], se dice que hay agotamiento de masa en el sistema.
De igual modo, el balance puede plantearse para un tiempo finito, t:
[pic], que puede escribirse como: [pic](2.2)
siendo [pic]la velocidad de flujo de masa, (kg/s), a laentrada o la salida.
Si hubiese más de una corriente de entrada o salida, habría que realizar el balance extendiéndolo en forma de sumatorio:
[pic](2.3)
Estos balances planteados son los denominados "balances globales de materia", pero con ellos, normalmente, no pueden resolverse los problemas, sino que se precisan plantear otros balances para los componentes de las distintas corrientes,denominados "balances parciales de materia".
Si Wi representa la fracción másica del componente i en cualquier corriente, también podremos escribir, para un tiempo t:
[pic](2.4)
ó [pic](2.5)

BALANCE DE MATERIA EN UN PROCESO DE FLUJO Y ESTADO ESTACIONARIOS: ECUACION DE CONTINUIDAD

Un proceso se denomina de flujo estacionario cuando se mantienen constantes en el tiempo las velocidades de flujos...