Date post: | 25-Jun-2015 |
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INGENIERÍA DE INGENIERÍA DE PRODUCCIÓNPRODUCCIÓN
Principios de Ingeniería
Principio de Conservación de la Materia: el balance de materia
Análisis de problemas de balance de materia
Balance de Materia en los que no intervienen reacciones químicas
Balance de Materia con múltiples subsistemas
Procesos con corrientes de reciclo, derivación y purga.
Balance de Materia con reacciones químicas
La MateriaMateria no se crea ni se destruye
Sistema para el cual se realiza el balance de masa
Flujos de Entrada
Flujos de Salida
Acumulación dentro del sistema
Entrada por las fronteras del sistema
Salida por las
fronteras del
sistema
Generación dentro
del sistema
Consumo dentro del sistema
= - + -
Acumulación dentro del sistema
Entrada por las fronteras del sistema
Salida por las
fronteras del
sistema
Generación dentro
del sistema
Consumo dentro del sistema
= - + -
Cambio de masa o moles
dentro del sistema
respecto al tiempo
Por reacción química
Estado Estado EstacionarioEstacionario
Sin reacción Sin reacción QuímicaQuímica
Entrada de masa/moles
por la frontera del sistema
Salida de masa/moles
por la frontera del sistema
=
En la unidad de tratamiento de desechos de una planta, un espesador elimina agua de los lodos húmedos de aguas residuales como se muestra en la figura. ¿Cuántos kilogramos de agua salen del espesador por cada 100 kg de lodos húmedos que ingresan? El proceso está en estado estacionario.
En la unidad de tratamiento de desechos de una planta, un espesador elimina agua de los lodos húmedos de aguas residuales como se muestra en la figura. ¿Cuántos kilogramos de agua salen del espesador por cada 100 kg de lodos húmedos que ingresan? El proceso está en estado estacionario.
Ejercicio 1
EspesadorEspesador100 Kg 70 Kg
?
Lodos húmedos Lodos deshidratados
Agua
Clasificación de Procesos Clasificación de Procesos
a)a) Proceso IntermitenteProceso Intermitente: Se carga la alimentación a un sistema al inicio del proceso, retirando los productos de una sola vez algún tiempo después
b)b) Proceso Continuo:Proceso Continuo: Las entradas y salidas fluyen continuamente durante toda la duración del proceso
c)c) Proceso semi-intermitente:Proceso semi-intermitente: Las entradas son casi instantáneas, mientras que las salidas son continuas, o viceversa
Pasos para analizar los problemas de Balance de Pasos para analizar los problemas de Balance de MateriaMateria
a) Leer el problema y aclarar lo que se desea lograrb) Representar el diagrama de flujo y colocarle todos los
valores de las variables conocidasc) Elegir como base de cálculo una cantidad o flujo de
una de las corrientes de procesod) Rotular las variables desconocidas en el diagramae) Convertir volúmenes o flujos volumétricos conocidos a
cantidades másicas o molares, empleando densidades tabuladas
f) Si el problema mezcla unidades másicas y molares en una corriente, convertir todas las cantidades a una base u otra
Balances de Materia Sin Reacción QuímicaBalances de Materia Sin Reacción Química
Pasos para realizar un Balance de MateriaPasos para realizar un Balance de Materia
g) Si en el texto del problema se da alguna información que no se haya empleado en la rotulación del diagrama de flujo, traducirla a ecuaciones en las variables definidas en el paso d
h) Formular ecuaciones de balance de materia (N ecuaciones para N incógnitas):i. Balance de materia totalii. Una ecuación de Balance de materia para (N-1)
compuestoi) Resolver las ecuaciones formuladas en los pasos g y h,
para determinar las incógnitas. Cuando se ha calculado una incógnita, colocar el valor en el diagrama de flujo
Balances de Materia Sin Reacción QuímicaBalances de Materia Sin Reacción Química
Balances de Materia Sin Reacción QuímicaBalances de Materia Sin Reacción Química
Ejercicio 2
Balance de Materia en un proceso continuo de destilaciónBalance de Materia en un proceso continuo de destilación
Se separan por destilación en dos fracciones, 1000 kg/h de una mezcla de benceno y tolueno que contiene 50 % de benceno en masa. El flujo másico de benceno en la corriente superior es de 450 kg/h y la de tolueno en la corriente inferior es de 475 kg/h. La operación se lleva a cabo a régimen estacionario. Formular balances para el benceno y el tolueno a fin de calcular los flujos desconocidos de los componentes en las corrientes de salida.
Balance de Materia en un proceso continuo de destilaciónBalance de Materia en un proceso continuo de destilación
Se separan por destilación en dos fracciones, 1000 kg/h de una mezcla de benceno y tolueno que contiene 50 % de benceno en masa. El flujo másico de benceno en la corriente superior es de 450 kg/h y la de tolueno en la corriente inferior es de 475 kg/h. La operación se lleva a cabo a régimen estacionario. Formular balances para el benceno y el tolueno a fin de calcular los flujos desconocidos de los componentes en las corrientes de salida.
Balances de Materia Sin Reacción QuímicaBalances de Materia Sin Reacción Química
Ejercicio 3
Balance de Materia en un proceso de Separación usando Balance de Materia en un proceso de Separación usando MembranasMembranas
Las membranas representan una tecnología nueva para separar gases. Una aplicación que ha llamado la atención es la separación de oxígeno y nitrógeno del aire. La figura ilustra el proceso.¿Cuál es a composición del flujo de desecho si éste equivale al 80 % de la entrada?
Balance de Materia en un proceso de Separación usando Balance de Materia en un proceso de Separación usando MembranasMembranas
Las membranas representan una tecnología nueva para separar gases. Una aplicación que ha llamado la atención es la separación de oxígeno y nitrógeno del aire. La figura ilustra el proceso.¿Cuál es a composición del flujo de desecho si éste equivale al 80 % de la entrada?
Entrada21 % mol O2
79 % mol N2
Flujo Salida25 % mol O2
75 % mol N2
Corriente de desecho
MEMBRANA
Lado Alta Presión
Lado Baja Presión
Balances de Materia en Unidades MúltiplesBalances de Materia en Unidades Múltiples
Diagrama de Flujo de un proceso de dos unidades
Alimentación 1
Alimentación 2
Alimentación 3Producto 1 Producto 2
Producto 3Unidad 1 Unidad 2
A
B
C
D
E
Se realizan balances de materia para los subsistemas (B, C, D y E) y para el sistema completo (A)
B, D son puntos de mezcla
Balances de Materia en Unidades MúltiplesBalances de Materia en Unidades Múltiples
Ejercicio 4
Balance de Materia en un proceso de destilación de dos unidadesBalance de Materia en un proceso de destilación de dos unidades
A continuación puede apreciarse en la figura el diagrama de flujo rotulado para un proceso continuo, en estado estacionario, de destilación en dos unidades. Cada corriente contiene dos componentes –llamados A y B- en diferentes proporciones. Tres corrientes cuyos flujos y composiciones o ambos no se conocen se rotulan como 1, 2 y 3.Calcular los flujos desconocidos y sus composiciones para las corrientes 1, 2 y 3
Balance de Materia en un proceso de destilación de dos unidadesBalance de Materia en un proceso de destilación de dos unidades
A continuación puede apreciarse en la figura el diagrama de flujo rotulado para un proceso continuo, en estado estacionario, de destilación en dos unidades. Cada corriente contiene dos componentes –llamados A y B- en diferentes proporciones. Tres corrientes cuyos flujos y composiciones o ambos no se conocen se rotulan como 1, 2 y 3.Calcular los flujos desconocidos y sus composiciones para las corrientes 1, 2 y 3
Balances de Materia en Unidades MúltiplesBalances de Materia en Unidades Múltiples
Ejercicio 4
100 kg/h
0,5 kg A/kg0,5 kg B/kg
40 kg/h0,9 kg A/kg0,1 kg B/kg
Unidad 1 Unidad 21 2 3
30 kg/h0,6 kg A/kg0,4 kg B/kg
30 kg/h0,3 kg A/kg0,7 kg B/kg
Balances de Materia con Reciclo, Derivación Balances de Materia con Reciclo, Derivación y Purgay Purga
a)a) RecicloReciclo: parte de la corriente de producto que se regresa a la alimentación de una etapa anterior
b)b) Derivación:Derivación: desvío de una porción de la alimentación de una unidad de proceso, combinándola con la corriente de salida
c)c) Purga:Purga: flujo que se utiliza para eliminar una acumulación de sustancias inertes o indeseables que de otra manera se acumularían en el reciclo.
Alimentación Producto
Reciclo
Alimentación Producto
Derivación o By-pass