Balance de Materia sin reacción química

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Presentación acerca de los fundamentos de balances de materia y energía.

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Balance de Materia sin reacción química

  1. 1. Realizadopor:Ing.JhoannaRamones Presentado Por: Ing. Jhoanna Ramones “BALANCE DE MATERIA EN ESTADO ESTACIONARIO SIN REACCIÓN QUÍMICA” DEPARTAMENTO: ENERGÉTICA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL FRANCISCO DE MIRANDA ÁREA DE CONOCIMIENTO: PRINCIPIOS DE INGENIERIA QUIMICA ÁREA ACADÉMICA: TECNOLOGÍA
  2. 2. Realizadopor:Ing.JhoannaRamones PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA MASA CLASIFICACIÓN DE LOS PROCESOS OPERACIONES BÁSICAS EN ING. QUÍMICA TIPOS DE ARREGLOS DE FLUJO BASE DE CÁLCULO BALANCE TOTAL/COMPONENTE SIN REACCIÓN ELEMENTOS DE CORRELACIÓN RECICLO Y DERIVACIÓN, PUNTO DE MEZCLA Y PURGA SATURACIÓN Y HUMEDAD TEMA 1: Balance de Materia Sin Reacción Química
  3. 3. Realizadopor:Ing.JhoannaRamones La materia no se crea ni se destruye, sólo se transforma. Lavoisier (1743-1794) ECUACIÓN GENERAL DE BALANCE Lo que entra a través de las fronteras del sistema ENTRADA Lo que se consume dentro del sistema CONSUMO Lo que sale a través de las fronteras del sistema SALIDA Lo que se produce dentro del sistema GENERACIÓN Lo que se acumula dentro del sistema ACUMULACIÓN PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA MASA Inicio
  4. 4. Realizadopor:Ing.JhoannaRamones CLASIFICACIÓN DE LOS PROCESOS FORMA DE ALIMENTACIÓN •Continuos •Discontinuos o Semi-continuos •Intermitentes (Por lotes/carga) •Estacionario •No Estacionario (Transitorio) COMPORTAMIENTO RESPECTO AL TIEMPO Inicio
  5. 5. Realizadopor:Ing.JhoannaRamones OPERACIONES BÁSICAS EN ING. QUÍMICA FORMAS DE EXPRESAR CONCENTR • Concentración Másica • Concentración Molar • Concentración Molal • Fracción Másica (Xi)* • Fracción Molar (Yi)* PROPIEDADES IMPORTANTES • Peso Molecular (PM) • Densidad (ρ) • Gravedad Específica (GE) (Densidad Relativa) • Volumen Específico ( ) • Peso Específico (γ) • Temperatura (T) • Presión (P) Vˆ MANEJO DE UNIDADES • Sistemas de Unidades • Factores de Conversión Uso de la densidad y el peso molecular como un factor de conversión * Las nomenclaturas Xi y Yi para fracciones másica y molar, respectivamente, son utilizadas por algunos autores, sin embargo, es importante aclarar que en los sistemas líquido-vapor, Xi representa la fracción molar del líquido y Yi la fracción molar del vapor. NOMENCLATURA • Cantidades másicas/molares (mi/ni) • Flujos másicos/molares ( ) • Propiedades Específicas ( ) ii n/m  Zˆ Inicio
  6. 6. Realizadopor:Ing.JhoannaRamones DIMENSIÓN / SISTEMA UNIDAD EN EL S.I. UNIDAD EN EL S.A.I B A S I C A S LONGITUD METRO (m) PIE (ft.) MASA KILOGRAMO (Kg.) LIBRA (Lb.) TIEMPO SEGUNDO (s) SEGUNDO (s) TEMPERATURA (Abs) KELVIN (K) RANKINE (R) CANTIDAD DE SUSTANCIA MOL (mol) LIBRAMOL (Lbmol) D E R I V A D A ENERGÍA JOULE (J) (N.m) BTU (ft.LBF) FUERZA NEWTON (N) (Kg.m/s2) LBF POTENCIA WATT (W) (J/s) Hp DENSIDAD Kg./m3 Lb./ft3 PRESIÓN PASCAL (Pa) (N/m2) PSI (LBF/pulg2) FACTORES DE CONVERSIÓN Los factores de conversión permiten convertir una cantidad expresada en términos de una unidad a su equivalente en términos de otra. Permiten expresar todas las cantidades en un mismo sistema, lo que garantiza homogeneidad dimensional y los OPERACIONES BÁSICAS EN ING. QUÍMICA Manejo de Unidades Inicio
  7. 7. Realizadopor:Ing.JhoannaRamones El Peso Molecular y la Densidad pueden usarse como factores de conversión para transformar entre moles, masa y volumen h m 972,0 h1 s3600 cm100 m1 g1 cm1 mol g 18 s mol 15 h/ms/mol15 h lbm 672,35 h1 min60 g1000 lbm202,2 mol g 18 min mol 15 h/lbmmin/mol15 333 3           MOLES MASA VOLUMENPESO MOLECULAR DENSIDAD AGUA ρ=1g/cm3 PM=18 g/mol Inicio Ir a Principal
  8. 8. Realizadopor:Ing.JhoannaRamones OPERACIONES BÁSICAS EN ING. QUÍMICA Propiedades Importantes    i i ii PM X 1 PM*Y n m PM Cº4@Cº4@ GE ref sust ref sust sust       PESO MOLECULAR DENSIDAD GRAVEDAD ESPECÍFICA VOLUMEN ESPECÍFICO g V gm V w * *  PESO SPECÍFICO V m V m      1 m V Vˆ ESCALAS DE TEMPERATURA • RELATIVAS: Celsius (ºC) y Fahrenheit (ºF) • ABSOLUTAS: Kelvin (K) y Rankine (R) 1K=273,15 ºC y 1R=459,67 ºRESCALAS DE PRESIÓN • Absoluta (Referencia: 0 absoluto. Siempre >0) • Atmosférica (La que se mide con un barómetro) • Manométrica (Referencia: La presión atmosférica) • De Vacío (Las que se toman como negativas por debajo de Patm)Ir a Principal Inicio
  9. 9. Realizadopor:Ing.JhoannaRamones OPERACIONES BÁSICAS EN ING. QUÍMICA Formas de expresar Concentración NTRACIÓN: Relación entre las cantidades de un componente y el total de la mezcla que lo A: Relación entre la masa de un componente por unidad de volumen de mezcla. (No confu Relación entre los moles de un componente por unidad de volumen de mezcla. (Molaridad L: Relación entre los moles de un componente por unidad de masa de mezcla. (Molalidad e FRACCIÓN MÁSICA (Xi): Relación entre la masa de un componente y la masa total de la mezcla. Al multiplicar por 100 se obtiene el porcentaje másico del compuesto en la mezcla. m m m m X ii i    FRACCIÓN MOLAR (Yi): Relación entre los moles de un componente y los moles totales en la mezcla. Al multiplicar por 100 se obtiene el porcentaje molar del compuesto en la mezcla. n n n n Y ii i    Inicio
  10. 10. Realizadopor:Ing.JhoannaRamones TIPOS DE ARREGLOS DE FLUJO PROCESO E1 S2 S1 E2 PROCESO E1 E2 S1 S2 ETAPA 1 ETAPA 2E1 E2 E3 S2 S1 S3 S4 Inicio
  11. 11. Realizadopor:Ing.JhoannaRamones BASE DE CÁLCULO (BC) Es la cantidad (masa o moles) o velocidad de flujo (másico o molar) que se toma como referencia para el cálculo de los balances en un proceso. Su selección adecuada facilitará la resolución del problema planteado. Si el enunciado indica la cantidad o velocidad de flujo de una corriente, es conveniente tomarla como BC, sino, se puede suponer un valor arbitrario, preferiblemente de una corriente de composición conocida. No obstante, se pueden resolver los balances de materia con una BC distinta y al final se hace la conversión a la base de cálculo deseada, a partir de un Factor de Escala (FE), luego, basta con multiplicar las cantidades o velocidades (mas no las fracciones) por el FE para extrapolar a la escala real del proceso Inicio UsadaBC PedidaBC BCU BCP FE  (Ambas referidas a la misma variable)
  12. 12. Realizadopor:Ing.JhoannaRamones BALANCE TOTAL/COMPONENTE SIN REACCIÓN ESTADO ESTACIONARIO  Ac=0 SIN REACCIÓN QUÍMICA  G=0 y C=0 SISTEM A E1 E2 E3 En S1 S2 S3 Sn E1 + E2 + E3 +…+ En = S1 + S2 + S3 +…+Sn    n i i n i i SE 11 BALANCE TOTAL    n i iA n i iA SE 1 , 1 , BALANCE POR COMPONENTE Inicio
  13. 13. Realizadopor:Ing.JhoannaRamones Inicio ELEMENTOS DE CORRELACIÓN Son componentes que pueden ser usados para relacionar la cantidad de corriente de un proceso con otra corriente, ya que usualmente no cambian durante el proceso. • Sólidos en procesos de deshidratación. • Sólidos en procesos de secado. • Nitrógeno en procesos de combustión.
  14. 14. Realizadopor:Ing.JhoannaRamones RECICLO Y DERIVACIÓN, PUNTO DE MEZCLA Y PURGA Es una corriente que devuelve material desde aguas abajo a aguas arriba de una o más unidades del proceso. Para: • Aprovechar reactivos no consumidos, • Recuperar catalizadores • Controlar alguna variable del proceso, entre otras. O By-Pass, consiste en desviar parte de una corriente, de modo que no fluya por una o más unidades del proceso, llegando directamente a una etapa posterior RECICLODERIVACIÓNPURGA Inicio Es una corriente que se desvía generalmente de un reciclo para evitar acumulación de sustancias inertes o indeseables en el proceso PROC ESO M PROC ESO M M PUNTOS DE MEZCLA PROC ESO M
  15. 15. Realizadopor:Ing.JhoannaRamones EJEMPLO PLANTA DE ACABADO UNIDAD DE TRATAMIENTO 1 2 3 4 5 6 LAGUNA DE DESECHOS El agua de desecho de una planta de acabado de metales contiene una corriente con 5 % en peso de cromo (Cr). La corriente de desecho se alimenta a una unidad de tratamiento que elimina 95% del cromo en la alimentación y lo recircula a la planta. La corriente de líquido residual que sale de la unidad de tratamiento se envía a una laguna de desechos. La unidad tiene una capacidad máxima de 4500 kg/h de agua de desecho. Si ésta sale de la planta de acabado a mayor velocidad, el exceso (cualquier cantidad superior a 4500 kg/h) se deriva de la unidad, se mezcla con el líquido residual que sale de la misma y la corriente combinada pasa a la laguna de desechos. Si el agua de desecho sale de la planta de acabado a una velocidad de 6000 kg/h Calcule la velocidad de flujo del líquido hacia la
  16. 16. Realizadopor:Ing.JhoannaRamones SATURACIÓN Y HUMEDAD Máxima cantidad de vapor de un líquido que puede estar contenida en un determinado gas. En este punto la presión parcial del vapor iguala la presión de vapor del líquido a la temperatura del sistema y la mezcla gaseosa está en su punto de rocío Ocurre cuando el tiempo de contacto no es suficiente para que el gas se sature con vapor del líquido PA<PA*(T) SATURACIÓN HUMEDAD Cualquier mezcla gas-vapor Sistem a Aire- Agua Inicio SATURACIÓN SATUR ACIÓN PARCI AL CONCENT RACIÓN DEVAPOR ENUN GAS • Saturación (Humedad) Relativa • Saturación (Humedad) Molar (molal). • Saturación (Humedad) DIAGRAMAS PSICROMÉTRICO S
  17. 17. Realizadopor:Ing.JhoannaRamones secoairedemasa aguadevapordemasa HA PM*)PP( PMP SA gsv vv    )T(P P HR )T(P P SR * OH OH * v v 2 2  secoairedemoles aguadevapordemoles HM )PP( P SM v v                       OH OH * v * 2 2 PP )T(PP *HRH%100* PP )T(PP *SRS% SATURACIÓN Y HUMEDAD SATURACIÓN (HUMEDAD) RELATIVA: Representa una fracción de la saturación total, por tanto, se determina la relación entre la presión parcial del gas y la presión de vapor del líquido a la temperatura del sistema SATURACIÓN (HUMEDAD) MOLAR: Relación entre los moles de vapor y los moles de gas libre de vapor SATURACIÓN (HUMEDAD) ABSOLUTA: Relación entre la masa de vapor y la masa de gas seco (libre de vapor)PORCENTAJE DE SATURACIÓN (HUMEDAD): Relación entre los moles de vapor por gas libre de vapor y los moles de vapor que estarían presentes por mol de gas libre de vapor si la mezcla estuviera completamente saturada a la temperatura y presión existentes Inicio DIAGRAMAS DE HUMEDAD
  18. 18. Realizadopor:Ing.JhoannaRamones Temperatura de Bulbo Seco HumedadAbsoluta DIAGRAMA PSICROMÉTRICO / CARTA DE HUMEDAD (SI) Fuente: Felder y Rosseau. Principios Elementales de los Procesos Químicos, Inicio T. BULBO SECO: Abcisa del diagrama y es la temperatura medida del aire T. BULBO HÚMEDO: Temperatura que tendría el aire si estuviera saturado con agua. Se mide con un termómetro con una mecha saturada en agua y bajo la acción de una corriente de aire
  19. 19. Realizadopor:Ing.JhoannaRamones EJEM PLO: Datos: T Bulbo seco = 35 ºC T Bulbo Hum. = 24 ºC VH % HR HARocí o • % HR= 40 % • HA= 0,014 kg H2O/kg a.s. • TR= 19 °C • VH≈ 0,89 m3/kg a.s. • Ent Sat ≈72,5 kJ/kg a.s. Inicio
  20. 20. Realizadopor:Ing.JhoannaRamones Realizado por: Ing. Jhoanna Ramones/ Abril 2008/ Actualizado Abril 2010

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