Balance de materia y energía. Unidad 1. Balance de materia sin reacción química

BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA

INGENIERIA AMBIENTAL

Balance de materia y energía.

Unidad 1. Balance de materia sin reacción química.

Importancia de los balances de M. y E.

Simbología

Conceptos básicos de balances de M. sin reacción química.

Flujo másico y volumétrico con conversión entre ellos.

Fracción y porcentaje másico y molar.

Aplicación del balance de M. sin reacción química.

Deducción de la ecuación del balance de masa.

Balance de masa en sistemas en régimen estacionario.

Unidad 2. Balance de materia con reacción química.

Conceptos básicos.

Reactivos limitantes y en exceso.

Porcientos de conversión global.

Rendimiento de combustión

Aplicación del balance de M. con reacción química.

Con una sola reacción.

Con más de dos reacciones.

Unidad 3. Balance de Energía sin reacción química

Conceptos básicos

Tipos de procesos

Rutas hipotéticas

Calidad de vapor

Balance de energía y masa en una sola fase

Unidad 4. Balance de energía con reacción química

B. de E. y masa en sistemas con cambio de fase.

Aplicación de los B. de E. a procesos sin reacción química.

B. de E. y M. en reacción reversible e irreversible.

En procesos isotérmicos (temperatura que no cambia)

Proceso adiabático (presión constante)

B. de E. y M. con más de una reacción

B. en estado no estable.

Unidad 1. Simbología; Diagrama de bloque: Representamos un proceso mediante cuadros.

Proceso simple:

[pic 1][pic 2]

[pic 3][pic 4]

Flechas: entrada y salida

Proceso con recirculación

[pic 5][pic 6][pic 7][pic 8][pic 9]

[pic 10][pic 11]

[pic 12]

Proceso de derivación

[pic 13][pic 14][pic 15][pic 16]

[pic 17][pic 18]

Simbología básica:[pic 19]

[pic 20][pic 21]

Evaporador                                                                Horno[pic 22]

[pic 23][pic 24][pic 25][pic 26][pic 27]

Torre de destilación                                          Intercambiador de calor

Metodología:

Los balances de M y E son una contabilidad de entradas y salidas de materiales y energía de un proceso. Estos son importantes para el diseño de tamaños de aparatos y equipos que se utilizaran. Para resolver los problemas el método consiste en hacer una:

Traducción del enunciado del problema es decir, elaborar un esquema del proceso.

Hacer el planteamiento del problema: este paso es necesario para plantear las ecuaciones algebraicas o algoritmos de solución.

Resolver los cálculos

Presentar los resultados

¿Por qué es importante el balance de materia y energía?

Porque se aplica en todo tipo de situaciones, desde el saber manejar un negocio con mayores beneficios que pérdidas y en la aplicación de procesos industriales, químicos, ambientales, etc.

La velocidad de una sustancia en un tubo es de 150 ft3/min. ¿Cuál es la velocidad de flujo másico si su densidad es igual a 1.59 gr/cm3?

        [pic 39]

                                                            I1ft.

P= 1.59 gr/cm3

Gv= 150 ft3/min.

Gm= ?

Gm= Gv.p

Gm= 150 ft3/min. 1.59gr/cm3. (30.48cm)3/(1ft)3 = 6.75x106 gr/min

De un sistema que consiste en un tanque de donde se alimentan dos corrientes en el fondo del equipo se extrae 1000 lt/min de la mezcla con p=1.18kg/lt.

¿Qué cantidad de Gm. Se extrae en el equipo?

[pic 40][pic 41][pic 42][pic 43]

          1        

2[pic 44]

1000lt/min

Mezcla p=1.18 kg/lt.

Gm= Gv.p

[pic 45][pic 46]

Gm=                                                = 1180 kg/min.

Una disolución liquida contiene 1.15% en peso, de una proteína de 0.27% en peso de kcl y el resto es de agua. El peso molecular promedio de la proteína es de 525000 g/mol si tenemos una base de cálculo de 4000 kg/hr. Calcule la fracción mol, y la fracción másica de cada componente.

[pic 47][pic 48]

Calcular masa

MKCl= 4000 kg/hr (0.0027) = 10.8 kg/hr

MProt.= 4000 kg/hr (0.0115) = 46 kg/hr.

H2O= 98.58%

TOTAL= 100%

MT= 4000 kg/hr.

MH2O= 4000 kg/hr (0.9858)= 3943.2 kg/hr.

Fracción másica:

XKCl= Mcomponente/MT = MKCL/MT= 10.8/4000 = 2.7 x 10-3 = 0.0027

X= Mprot./MT = 46/4000 = 0.0115

XH2O= MH2O/MT  = 3943.2/ 4000 = 0.9858=1

XKCl= 10.8/54.80 = 0.19

Xprot = 46/525000 = 8.76x10-5

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