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TEMA 4: BALANCES DE MASA
Bibliografía consultada: FELDER-ROUSSEAU. Principios básicos de los procesos químicos. Apuntes de Universidad Nacional del Litoral. Santa Fe (Cátedra: Introducción a la Ingeniería Química) REKLAITIS-SCHNEIDER. Balances de materia y energía.

ECUACIÓN GENERAL DE BALANCE
Dado el siguiente proceso:
Metano ⎯ ⎯⎯⎯⎯ → ⎯ Q ent (kg / h) ⎯⎯⎯⎯ proceso ⎯Q (kg / ⎯→ h) sal UnidadMetano

Si Q e ≠ Q s ⇒ • se consume o genera metano • se acumula metano en la unidad • hay errores de medición Empleando el principio de conservación de la masa, un balance de masa se expresa como: Entrada + generación - salida - consumo = acumulación La ecuación de balance se formula para cualquier material que entra o sale en cualquier sistema de proceso. Pueden formularse dos tipos debalance: •
DIFERENCIALES:

indican lo que sucede en un instante. Cada término es una

velocidad. • INTEGRALES: describen lo que ocurre entre dos instantes. Cada término es una cantidad de la sustancia medida. Los términos de generación y consumo = 0 si el balance es global.

RÉGIMEN PERMANENTE
Balance en proceso continuo en régimen permanente La ecuación de balance es: Entrada + generación =salida + consumo
Ejemplo: Balance de masa en proceso continuo de destilación: 1000 kg/h de una mezcla de benceno y tolueno que contiene 50% de benceno en masa, se separa por destilación en dos fracciones. El flujo másico de benceno en la corriente superior

Balances de Masa

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es de 450 kg.B/h y el de tolueno en la corriente inferior es de 475 kg.T/h. La operación es en régimen permanente.Hallar los flujos de los componentes en las corrientes de salida. 450 kg.B/h q1 (kgT/h) 500 kgB/h 500 kgT/h 475 kg.T/h q2 (kgB/h) Entrada = Salida Benceno: 500 = 450 + q2 ⇒ q2 = 50 kgB/h Tolueno: 500 = 475 + q1 ⇒ q1 = 25 kgT/h Verificación: 1000 = 450 + q1 + q2 + 475

BALANCE INTEGRAL DE PROCESOS INTERMITENTES
Se produce NH3 a partir de N2 e H2 en un reactor intermitente. Para t = 0 Para t = tfm0 mf moles NH3 moles NH3

Generación - consumo = acumulación = entrada inicial + salida final ó entrada inicial + generación = salida final + consumo

Ejemplo: Proceso intermitente de mezclado Se tienen dos mezclas de metanol-agua en recipientes separados. La primera contiene 40% en peso de metanol, mientras que la segunda tiene 70% en peso de metanol. Se combinan 200 g de la primera con 150g de la segunda. Calcular la masa y composición del producto. “Entrada = Salida” ∴ Q = 350 Global: 200 + 150 = Q Metanol: 200 x 0,4 + 150 x 0,7 = Q. x ⇒ X = 0,520 g

200 g ⎯0,4 met → ⎯⎯⎯ 150 g ⎯ ⎯⎯⎯→ 0,7 met

Q (g) ⎯X (g met)→ ⎯⎯⎯ ⎯

Verificación: con el agua

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Balances de Masa

VARIACIÓN DE ESCALA Y BASE DE CÁLCULO
Dado el siguiente problema:
1 kg ben ⎯⎯ ⎯ ⎯ → ⎯ 1 kg tol ⎯⎯ ⎯ ⎯→ ⎯

2 kg ⎯⎯⎯⎯ → ⎯
0,5 tol / total 0,5 ben / total

El proceso está balanceado. Las masas (no las fracciones másicas) se pueden multiplicar por un factor común y el proceso seguirá balanceado. Esto es debido a que las ecuaciones resultantes son homogéneas en los flujos y no en las composiciones. Si a las ecuaciones de balance se las escribe en forma genérica de la siguiente forma:

∑ F .Xi

=0

al multiplicar por una constante ∝:

∑ (α.F ).X

i

=α

∑ F.X

i

lo cual indica la naturaleza homogénea en los flujos, de las

ecuaciones de balance. Esto permite la selección de una base de cálculo. El proceso de cambiar los valores de todas las cantidades de las corrientes en una cantidad proporcional, se conoce como variación de escala del diagrama de flujo (puede seraumento o disminución). Al factor de proporción se lo denomina Factor de Escala.
Ejemplo: Aumento de escala en un proceso de separación Una mezcla de 60-40 (en moles) de A y B se separa en dos fracciones. El siguiente es el diagrama de flujo del proceso: 50 moles 0,95 A 0,05 B

100 moles 0,6 A 0,4 B

12,5 mol A 37,5 mol B

Se desea lograr la misma separación con una alimentación...