Conceptos de Balance de Materia y Energia

Bloque 2- Balances de Materia
Balances de materia sin reacción química
Balances de materia con reacción química
Balances de materia y energía

Felder, R.M. y Rousseau, R.W., Principios Elementales de los Procesos
Químicos. Wiley (3a ed.), Nueva York, 2003.
Himmelblau, D.M., Principios Básicos y Cálculos en Ingeniería Química. 6ª
Ed. Editorial Prentice-Hall Hispanoamericana, S.A., México,1997.
Peiró Pérez, J.J., García Barrido, J., Balances de Materia. Problemas
Resueltos y Comentados. Universidad Politécnica de Valencia. Servicio de
Publicaciones, 1997.

Ecuación General de Balance
Si además en ese sistema se produce reacción química:
durante la reacción se produce la aparición de nuevas
especies y la desaparición de otras que ya existían.

ENTRA + GENERA - DESAPARECE- SALE = ACUMULA
a través de
las fronteras
del sistema

dentro del
sistema por
reacción

dentro del sistema
por reacción

a través de
las fronteras
del sistema

dentro del
sistema

Reacción

¿Qué balances se pueden plantear ???

Se requiere igualdad para la entrada
y la salida de un proceso en estado
estacionario
Sin reacción
química

Con reacción
química

Masatotal

Sí

Si

Moles totales

Sí

No

Masa de un compuesto puro

Sí

No

Moles de un compuesto puro

Sí

No

Masa de una especie atómica

Sí

Sí

Moles de una especie atómica

Sí

Sí

Tipo de balance
Balances totales

Balances de componentes

ESTEQUIOMETRÍA
En presencia de reacciones químicas, hay que ajustar mediante
coeficientes estequiométricos laecuación química que representa
dicha transformación de manera que se cumpla el principio de
conservación de la materia:

“los átomos ni se crean ni se destruyen, sólo se reagrupan
para formar distintas moléculas”
La ecuación química establece las relaciones estequiométricas entre
las especies implicadas, una vez que ha sido ajustada o balanceada
mediante los coeficientes estequiométricoscorrespondientes (en
base molar).

REACTIVO LIMITANTE Y EN EXCESO
Reactivo limitante: un reactivo es limitante cuando está presente
en una proporción menor a la estequiométrica en relación con los
demás reactivos.

Reactivo en exceso: es un reactivo que está presente en exceso
respecto al reactivo limitante. El % en exceso se define como:

% exceso =

moles exceso
×100
moles estequiométricos

REACCIONES DE COMBUSTIÓN
En reacciones de combustión, donde el agente oxidante (aire u
oxígeno)

suele

estequiométrica

ser
se

el

reactivo

calcula

como

en
la

exceso,

la

cantidad

estequiométricamente

necesaria para dar productos de combustión total (CO2 y H2O).
Incluso si sólo una parte del reactivo limitante reacciona, las
cantidades requeridas yen exceso se calculan considerando
conversión total.

Composición en base seca y en base húmeda: expresión de
las fracciones molares (o fracciones en peso) considerando (base
húmeda) o no (base seca) el agua. Muy utilizada para gases
procedentes de un combustor.

a A+b B

CONVERSIÓN

rR
sS

Es la fracción de alimentación o de algún componente clave de la
alimentación que seconvierte en productos:
Conversión
fraccionaria:

XA =

mol A entrada - mol A salida
mol A reaccionad os
=
mol A entrada
mol A alimentados

mol A reaccionad os
Conversión porcentual:
% conversión =
x 100
mol A alimentado s
La conversión se refiere al reactivo limitante, salvo que nos indiquen
que la conversión está referida a un compuesto determinado

GRADO DE AVANCE DE LA REACCIÓN(ξ)
Es el número de moles de una especie que reaccionan o la cantidad de
producto que se forma mediante reacción. En base a esta cantidad se
puede calcular, utilizando los coeficientes estequiométricos, el resto de
cantidades molares o flujos molares de productos y reactivos.

ni = nº moles de la especie i
νi = coeficiente estequiométrico de la especie i

ni = ni0 ± ν i ⋅ ξ
Para...