1

Balance de materia

Proceso continuo y discontinuo Proceso en estado estacionario y no estacionario.

Balance de materia para un proceso contínuo en estado estacionario

entrada = salida (masa por unidad de tiempo)

proceso continuo en estado estacionario

m1

m2m3

m4

m5

m1 + m2 = m3 + m4 + m5

(mi es el flujo de materia o caudal, es decir tiene unidades de kg/h, g/min, ton/año, mg/s)

2

Balance de materia por componente (sin reacción química)

Composición

Fracciones: en peso, wA es la fracción en peso del componente A

porcentajes: son las fracciones multiplicadas por 100.

Relaciones: RA = mA / mB puede demostrarse que:RA = wA / (1- wA)wA = RA / ( 1+ RA)

proceso continuo en estado estacionario

m1

m2m3

m4

m5

m1 wA1 + m2 wA2 = m3 wA3 + m4 wA4 + m5 wA5

3

Problema 3 de la Guía de ProblemasEjemplo balance de masa(sistema cerrado, selección de base de cálculo)

Leche desnatada (0.4 % en peso de grasa) se produce por centrifugación de una leche entera que contienen 3.5 % en peso de grasa. La crema que se separa de la leche entera tiene 50% en peso de grasa.¿Cuál es la proporción entre la leche desnatada obtenida y la crema que se separa?

Proceso: centrifugación

m1 = 100 kgwA = 0.035

m2

wA = 0.004m3

wA = 0.50

100 · 0.035 = m2 ·0.004 + (100 – m2) ·0.50

m2 = 93.75 kg

m3 = 6.25 kg

m2/m3 = 15

4

Balance de energía

C

F

Hipótesis: las perdidas de calor al exterior son despreciables.

QF = QC

El calor que recibe el fluido FRIO es igual al calor que cede el fluido CALIENTE.

Ejemplo:

C = vapor de agua a 150 °C

F = zumo de naranja a 20 °C

Las temperaturas de salida del vapor de agua y del zumo de naranja dependen de los respectivos caudales y de la capacidad de las sustancias de transferir calor.

5

Propiedades termoquímicas de las sustancias

Calor latente : calor que suministrado a temperatura constante produce el cambio de estado de una sustancia.

Qlatente = masa · = calor latente

(ver Tabla 1)

Calor sensible : calor que suministrado (o extraído) a una sustancia produce un aumento (disminución) de su temperatura.

Qsensible = masa · cp · TCp = calor específico o capacidad calorífica

(ver Tabla 2)

6

Propiedades físicas de algunas sustancias

7

Calor latente de ebullición del agua en función de la presión

8

Problema 5 de la Guía de ProblemasEjemplo de balance de energía

Zumo de naranja entra a un intercambiador de calor a 12°C con un caudal de 500 kg/h. El zumo es calentado utilizando agua (0.11 kg/s) a 80°C, la que sale del inercambiador de calor a 30°C. ¿Cuál es la temperatura final del zumo de naranja?Datos:Calor específico medio del agua = 4.18 kJ/kg°CCalor específico medio del zumo = 3.80 kJ/kg°C

aguam2 = 0.11 kg/s80°C

aguam2 = 0.11 kg/s30°C

zumom1 = 500 kg/s12°C

zumom1 = 500 kg/st ?

QC = Qagua = (0.11 · 3600) · 4.18 · (80 - 30)

QC = 82764 kJ/h

QF = Qzumo = 500 · 3.80 · (t -12)

t = 55.56 °C