Materia Y Energia

BALANCES DE MASA Y ENERGIA
Los principios de conservación aquí explicados se aplican por igual a balances de masa y energía.
Con el fin de limitar la extensión de este apunte, nos concentraremos en los balances de masa.

Recordemos cómo medir Composición y Concentración
Para una mezcla de varias sustancias: A, B, C,…
nA : moles de A
nB : moles de B
nC : moles de C
…
mA : masa de A
mB :masa de B
mC : masa de C
…
La cantidad de moles de A se obtiene:

FRACCION MOLAR

FRACCION EN PESO

Balances de Masa y Energía.

T. Velilla

FRACCION EN VOLUMEN
Consideremos una mezcla e varios gases: A, B, C, …
En el caso de gases ideales, la fracción en volumen es igual al a fracción molar.
VA : volumen del componente A puro, en las condiciones de la mezcla.
VT : volumen totalde la mezcla

COMPOSICION EN BASE LIBRE DE UN COMPONENTE

Es la razón de masa de un componente respecto a la masa de los componentes restantes.
Por ejemplo, el contenido de humedad del aire se expresa en base libre de agua o “base seca”.

Ventaja: en operaciones de secado o humidificación de aire, la cantidad de agua en el aire
(humedad) varía, pero la cantidad de aire seco no varía.OTRAS FORMAS DE CUANTIFICAR LA COMPOSICIÓN

MOLARIDAD

MOLALIDAD

Balances de Masa y Energía.

T. Velilla

Ejemplo:
El gas natural de un pozo tiene la siguiente composición molar: 60% de metano (CH 4), 16% de
etano (C2H6), 10 % de propano (C3H8) y 14% de butano (C4H10). Calcule:
a)
b)
c)
d)

Composición en fracción molar
Composición en porcentaje en peso
Volumen que ocupan 100kilogramos de gas a 21 °C y 0,97 atmósferas de presión
Densidad del gas a 21 °C y 0,97 atmósferas, en gramos/litro

Solución:
En 100 moles de gas hay:
60 moles de metano
16 moles de etano
10 moles de propano
14 moles de butano

a)

Fracciones molares:

Suma = 1,00

b)

Composición en peso:

Pesos moleculares:
P.M. Metano (CH4) = P.A.(C) + 4 P.A.(H) = 12 + 4 = 16 g/mol
P.M.etano (C2H6) = 2 P.A.(C) + 6 P.A.(H) = 2x12 +6 = 30 g/mol

Balances de Masa y Energía.

T. Velilla

P.M. propano (C3H8) = 3 P.A.(C) +8 P.A.(H) = 3x12 +8 = 44 g/mol
P.M. butano (C4H10) = 4 P.A.(C) + 10 P.A.(H) = 4x12 +10 = 58 g/mol

Multiplicando por los pesos moleculares, se obtiene las cantidades en masa:

Masa total = 2692 gramos

fracción en peso = 0,36
fracción en peso = 0,18fracción en peso = 0,16
fracción en peso = 0,30
Suma = 100%

c)

Suma = 1,00

Para calcular el volumen se necesita una ecuación de estado. Como la presión es cercana a
la presión atmosférica, y la temperatura es baja, usaremos la ecuación de gas ideal:

PV=nRT
P = presión

P = 0,97 atmósferas

R = constante universal de los gases

R = 0,082 litros atmósfera/mol K

T = temperaturaabsoluta

T = 21 + 273,15 = 294,15 K (grados Kelvin)

Balances de Masa y Energía.

T. Velilla

V = volumen
n = número de moles

n = 100 kg/P.M. medio = 100.000 g/P.M. medio

= 26,92 g/mol

El volumen es:

V = 92.370,8 litros

d)

Densidad del gas ()

Balances de Masa y Energía.

T. Velilla

Problemas propuestos

1. Una solución tiene la siguiente composición molar:32% de pentano (C 5H12), 43% de
hexano (C6H14) y 25% de heptano (C7H16). Calcule le porcentaje en peso de cada
componente.
(Rpta.: pentano = 27,1; hexano = 43,5; heptano = 29,4%)

2. 15 kg de dimetilcetona (P.M. = 58,08,  = 0,792 g/cm3) se mezclan con 30 kg de agua ( =
0,98 g/cm3) a 20 °C. Calcule la composición de la mezcla, expresada en:
a) Fracción molar
(Rpta.: 0,134 dimetilcetona)b) Porcentaje en volumen
(Rpta.: 38,2 % dimetilcetona)
c) Molaridad
(Rpta.: 5,21 mol/litro)
d) Molalidad
(Rpta.: 8,61 mol soluto/kg solvente)

3. Un gas contiene 30% de CH4, 60% de C2H6 y 10% de C3H8, en volumen, a 60 °C y 1
atmósfera. Calcule el peso molecular medio y la densidad de la mezcla.
(Rpta.: 27,2 g/mol; 0,992 g/litro)

Balances de Masa y Energía.

T. Velilla

BALANCES...