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Tema 2 balance de materia 1

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  • 1. INGENIERÍA DE PRODUCCIÓN Principios de Ingeniería
  • 2.
    • 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
  • 3. La Materia 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
  • 4. = - + - Cambio de masa o moles dentro del sistema respecto al tiempo Por reacción química Estado Estacionario Sin reacción Química Entrada de masa/moles por la frontera del sistema Salida de masa/moles por la frontera 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
  • 5. 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 Espesador 100 Kg 70 Kg ? Lodos húmedos Lodos deshidratados Agua
  • 6. Clasificación de Procesos
    • Proceso Intermitente : Se carga la alimentación a un sistema al inicio del proceso, retirando los productos de una sola vez algún tiempo después
    • Proceso Continuo: Las entradas y salidas fluyen continuamente durante toda la duración del proceso
    • Proceso semi-intermitente: Las entradas son casi instantáneas, mientras que las salidas son continuas, o viceversa
  • 7.
    • Pasos para analizar los problemas de Balance de Materia
    • Leer el problema y aclarar lo que se desea lograr
    • Representar el diagrama de flujo y colocarle todos los valores de las variables conocidas
    • Elegir como base de cálculo una cantidad o flujo de una de las corrientes de proceso
    • Rotular las variables desconocidas en el diagrama
    • Convertir volúmenes o flujos volumétricos conocidos a cantidades másicas o molares, empleando densidades tabuladas
    • 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 Química
  • 8.
    • Pasos para realizar un Balance de Materia
    • 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
    • Formular ecuaciones de balance de materia (N ecuaciones para N incógnitas):
      • Balance de materia total
      • Una ecuación de Balance de materia para (N-1) compuesto
    • 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 Química
  • 9. Balances de Materia Sin Reacción Química Ejercicio 2 Balance 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.
  • 10. Balances de Materia Sin Reacción Química Ejercicio 3 Balance de Materia en un proceso de Separación usando Membranas 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? Entrada 21 % mol O 2 79 % mol N 2 Flujo Salida 25 % mol O 2 75 % mol N 2 Corriente de desecho MEMBRANA Lado Alta Presión Lado Baja Presión
  • 11. Balances de Materia en Unidades Múltiples Diagrama de Flujo de un proceso de dos unidades Alimentación 1 Alimentación 2 Alimentación 3 Producto 1 Producto 2 Producto 3 Unidad 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
  • 12. Balances de Materia en Unidades Múltiples Ejercicio 4 Balance 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
  • 13. Balances de Materia en Unidades Múltiples Ejercicio 4 100 kg/h 0,5 kg A/kg 0,5 kg B/kg 40 kg/h 0,9 kg A/kg 0,1 kg B/kg Unidad 1 Unidad 2 1 2 3 30 kg/h 0,6 kg A/kg 0,4 kg B/kg 30 kg/h 0,3 kg A/kg 0,7 kg B/kg
  • 14. Balances de Materia con Reciclo, Derivación y Purga
    • Reciclo : parte de la corriente de producto que se regresa a la alimentación de una etapa anterior
    • Derivación: desvío de una porción de la alimentación de una unidad de proceso, combinándola con la corriente de salida
    • 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

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