Tereftalatos

*IDENTIFICAR LOS CONCEPTOS EXISTENTES DE OPERACIONES UNITARIAS.
1.5B Balances simples de materia

En esta sección se estudiarán balances simples de materia (en peso o en masa) en diversos procesos
en estado estable sin que se verifique una reacción química. Podemos usar unidades kg, Ib,, mol,
Ib, g, kg mol, etc., para estos balances. Conviene recordar la necesidad de ser congruentes y nomezclar varios tipos de unidades en los balances. Cuando intervienen reacciones químicas en los
balances (tal como sucede en la sección 1 .5D), deben usarse unidades de kg mol, pues las ecuaciones
químicas relacionan moles reaccionantes. En la sección 2.6 se estudiarán con más detalle los
balances totales de masa y en la sección 3.6, los balances diferenciales de masa.
Para resolver un problemade balance de materia es aconsejable proceder mediante una serie de
etapas definidas, tal como se explican a continuación:
1 . Trácese un diagrama simple del proceso. Este puede ser un diagrama de bloques que muestre
simplemente la corriente de entrada con una flecha apuntando hacia dentro y la corriente de salida
con una flecha apuntando hacia fuera. Inclúyanse en cada flecha composiciones,cantidades,
temperaturas y otros detalles de la corriente. Todos los datos pertinentes deben quedar incluidos
en este diagrama.
2. Escríbanse las ecuaciones químicas involucradas (si las hay).
3. Selecciónese una base para el cálculo. En la mayoría de los casos, el problema concierne a la
cantidad específica de una de las corrientes del proceso, que es la que se selecciona como base.
4.Procédase al balance de materia. Las flechas hacia dentro del proceso significarán entradas y
las que van hacia fuera, salidas. El balance puede ser un balance total de material, como en la
ecuación (1.52), o un balance de cada componente presente (cuando no se verifican reacciones
químicas).
Los procesos típicos en los que no hay una reacción química son, entre otros, secado,
evaporación, diluciónde soluciones, destilación, extracción, y puedenmanejarse por medio de balances
de materia con incógnitas y resolviendo posteriormente las ecuaciones para despejar dichas incógnitas.
14 1.5 Conservación de la masa y balances de materia

EJEMPLO 1.5-1. Concentración de jugo de naranja
En el proceso de concentración de jugo de naranja, el zumo recién extraído y filtrado que
contiene 7.08% desólidos en peso, se alimenta a un evaporador al vacío. En el evaporador
se extrae agua y el contenido de sólidos aumenta al 58% en peso. Para una entrada de
1000 kg/h, calcule la cantidad de las corrientes de jugo concentrado y agua de salida.
Solución: Siguiendo las cuatro etapas descritas, se traza un diagrama de flujo del
proceso (etapa 1) en la figura 1.5-1. Note que la letra W representala cantidad desconocida
o incógnita de agua y C es la cantidad de jugo concentrado.
No hay reacciones químicas (etapa 2). Base: 1000 kg/h de jugo de entrada (etapa 3).
Para llevar a cabo los balances de materia (etapa 4), se procede a un balance total de
materia usando la ecuación (1.5-2).
1000 = w + c (1.5-3)
Esto produce una ecuación con dos incógnitas. Por lo tanto, se hace un balance decomponentes con base en el sólido:
(1.5-4)
Para resolver estas ecuaciones, primero se despeja C en la ecuación (1.5-4) pues W
desaparece. Se obtiene C = 122.1 kg/h de jugo concentrado.
Sustituyendo el valor de C en la ecuación (1.5-3),
1000 = w + 122.1
se obtiene que W = 877.9 kg/h de agua.
Para comprobar los cálculos, puede escribirse un balance del componente agua.
lOOO( 1oo;;‘08) =877.9 + 122.1( 10;;58)
-1 Evaporador /
C kg/h jugo concentrado .
58% sólidos
(1.5-5)
FIGURA 1.5-l. Diagrama de flujo del proceso para el ejemplo 1.5-I
Cap. 1 Introducción a los principios de ingeniería y sus unidades 1 5
Al resolver,
929.2 = 877.9 + 51.3 = 929.2
En el ejemplo 1.5-1 solo intervino un proceso. Muchas veces se presentan varios procesos en
serie, en cuyo caso puede llevarse...