FUNDAMENTOS DE LOS
PROCESOS INDUSTRIALES
Profesor:
Danny Guzmán Méndez
[email protected]
Departamento de Metalurgia
Clase 2.
1. BALANCE DE MASA.
Ley de conservación de la masa:
La materia no se crea ni se destruye solo se transforma.
m Entrada
m
Salida
PROCESO
Entradas – Salidas = Acumulación
El diseño de un nuevo proceso o el análisis de uno ya existente no
están completos hasta que se estable que las entradas y salidas
satisfacen la ecuación de balance.
1. BALANCE DE MASA.
Proceso en estado estacionario:
NO EXISTE ACUMULACIÓN
Entradas – Salidas = 0
Balance diferencial: Cada término de la ecuación de
Balance es una velocidad, procesos continuos.
Balance integral: Cada término de la ecuación de Balance
es una porción de la cantidad que se balancea, procesos
discontinuos.
1. BALANCE DE MASA.
Pasos para resolver un problema de balance de masa:
1.- Trace un diagrama simple del proceso
2.- Escriba las ecuaciones químicas involucradas si las hay
3.- Seleccione una base para el cálculo
4.- Determine las variables y ecuaciones que las relacionan
4.1- Nºde variables = Nº de ecuaciones => Existe
solución
5.- Proceda al balance de masa
1. BALANCE DE MASA.
4.- Determine las variables y ecuaciones que las relacionan
A
x1, x2,
x3….xn
A = Flujos
a, b, c….n = Componentes
PROCESO
B
x1, x2, x3….xn
C
x1, x2, x3….xn
E 1: Σ F. Entradas = Σ F. Salidas
A=B+C
1
E 1: Σ x1 Entradas = Σ x1 Salida
x1 A = x 1 B + x1 C
+
E 2: Σ x2 Entradas = Σ x2 Salida
x2 A = x 2 B + x 2 C
n
E n-1: Σ xnEntradas = Σ xn Salida
x n A = xn B + x n C
n+1 ecuaciones
1. BALANCE DE MASA.
Ejemplo: Determine las variables y ecuaciones que las relacionan
A Ton /h Pulpa
Filtro
B Ton/h Agua
20% Sólido
1 Ton/h Pulpa Concentrada
70% Sólido
1. BALANCE DE MASA.
Ejemplo: Determine las variables y ecuaciones que las relacionan
A Ton /h Pulpa
Filtro
B Ton/h Agua
20% Sólido, 80% Agua
1 Ton/h Pulpa Concentrada
70% Sólido, 30% Agua
Flujos Pulpa: A = B +1
Sólo bastan 2 ecuaciones
para resolver el problema
Flujos Sólidos: A*0,2=1*0,7
A=3,5 Ton/h Pulpa
Flujos Agua: A*0,8 = B*1 +1*0,3
B=2,5 Ton/h Agua
1. BALANCE DE MASA.
Balance procesos continuos en estado estacionario:
En el proceso de concentración de jugo de naranja, el zumo recién
extraído y filtrado que contiene 7,08% de sólidos en peso, se
alimenta a un evaporador. En el evaporador se extrae agua y el
contenido de sólidos aumenta al 58% en peso. Para una entrada de
1000 Kg/h. Calcule la cantidad de las corrientes de jugo concentrado
y agua de salida.
1. BALANCE DE MASA.
Balance procesos continuos en estado estacionario:
1.- Trace un diagrama simple del proceso
m1 Kg/h H2Ov
100 Kg/h Jugo
EVAPORADOR
7,08 % Sólido
m2 Kg/h Jugo
58 % Sólido
1. BALANCE DE MASA.
Balance procesos continuos en estado estacionario:
2.- Escriba las ecuaciones químicas involucradas si las hay
m1 Kg/h H2Ov
100 Kg/h Jugo
EVAPORADOR
7,08 % Sólido
m2 Kg/h Jugo
58 % Sólido
1. BALANCE DE MASA.
Balance procesos continuos en estado estacionario:
3.- Seleccione una base para el cálculo
m1 Kg/h H2Ov
100 Kg/h Jugo
EVAPORADOR
7,08 % Sólido
m2 Kg/h Jugo
58 % Sólido
Base: 100 Kg/h Jugo
1. BALANCE DE MASA.
Balance procesos continuos en estado estacionario:
4.- Determine las variables y ecuaciones que las relacionan
m1 Kg/h H2Ov
Base: 1000 Kg/h Jugo
Variables: m1 y m2
1000 Kg/h Jugo
Ecuaciones:
EVAPORADOR
7,08 % Sólido
m2 Kg/h Jugo
58 % Sólido
1) 1000 = m1 +m2
2) 1000(0,0708)=m2(0,58)
1. BALANCE DE MASA.
Balance procesos continuos en estado estacionario:
4.- Nºde variables = Nº de ecuaciones => Existe solución
m1 Kg/h H2Ov
Base: 1000 Kg/h Jugo
Variables: m1 y m2
1000 Kg/h Jugo
Ecuaciones:
EVAPORADOR
7,08 % Sólido
m2 Kg/h Jugo
58 % Sólido
1) 1000 = m1 +m2
2) 1000(0,0708)=m2(0,58)
1. BALANCE DE MASA.
Balance procesos continuos en estado estacionario:
5.- Proceda al balance de masa
m1 Kg/h H2Ov
877,93 Kg/h H2Ov
1000 Kg/h Jugo
Base: 1000 Kg/h Jugo
Variables: m1 y m2
Ecuaciones:
1) 1000 = m1 +m2
EVAPORADOR
7,08 % Sólido
m2 Kg/h Jugo
122,07 Kg/h
Jugo
58 % Sólido
2) 1000(0,0708)=m2(0,58)
1. BALANCE DE MASA.
Balance procesos continuos en estado estacionario:
Ejercicio en Clases:
Algunos Pescados se procesan como harina de pescado para
usarse como proteínas suplementarias en alimentos. En el
proceso empleado, primero se extrae el aceite para obtener
una pasta que contiene 80% en peso de agua y 20% en peso de
harina seca. Esta pasta se procesa en secadores de tambor
para obtener un producto “seco” que contiene 40% en peso de
agua. Finalmente el producto se muele y se empaca. Calcule la
alimentación de pasta en Kg/h necesarias para producir 1000
Kg/h de harina “seca”.
1. BALANCE DE MASA.
Balance procesos intermitentes:
Se tiene dos mezclas de metano-agua en matraces distintos. La
primera contiene 40.0% por peso de metanol, y la segunda
70,0% por peso de metanol. ¿Qué cantidad de cada una de las
mezclas se debe emplear para obtener 350 g con un 52,8% en
masa de metanol?
1. BALANCE DE MASA.
Balance procesos intermitentes:
1.- Trace un diagrama simple del proceso
m1 g
40 % masa
MEZCLADOR
INICIO
m2 g
70 % masa
MEZCLADOR
FINAL
m = 350 g
c = 52,8%
1. BALANCE DE MASA.
Balance procesos intermitentes:
2.- Escriba las ecuaciones químicas involucradas si las hay
m1 g
40 % masa
MEZCLADOR
INICIO
m2 g
70 % masa
MEZCLADOR
FINAL
m = 350 g
c = 52,8%
1. BALANCE DE MASA.
Balance procesos intermitentes:
3.- Seleccione una base para el cálculo
m1 g
40 % masa
MEZCLADOR
INICIO
m2 g
70 % masa
Base de cálculo: 350 g
MEZCLADOR
FINAL
m = 350 g
c = 52,8%
1. BALANCE DE MASA.
Balance procesos intermitentes:
4.- Determine las variables y ecuaciones que las relacionan
m1 g
40 % masa
MEZCLADOR
m2 g
70 % masa
MEZCLADOR
m = 350 g
c = 52,8%
350 = m1 + m2
mM = 350*0,528 = 184,8
184,8 =m1*0,4+m2*0,7
INICIO
FINAL
1. BALANCE DE MASA.
Balance procesos intermitentes:
5.- Proceda al balance de masa
150
m1 g
40
40%
%masa
masa
MEZCLADOR
200
m2 g
70
70%
%masa
masa
MEZCLADOR
m = 350 g
c = 52,8%
350 = m1 + m2
mM = 350*0,528 = 184,8
184,8 =m1*0,4+m2*0,7
INICIO
FINAL
1. BALANCE DE MASA.
Balance procesos continuos en estado estacionario con
recirculación:
En un proceso que produce KNO3, el evaporador a 422 K se alimenta
con 1000 Kg/h de una solución que contiene 20% de KNO3 de sólido
en masa, de éste se obtiene KNO3 al 50% de sólido en peso. Esta
solución se alimenta a un cristalizador a 311 K, donde se obtiene
cristales de KNO3 al 96 % de sólido en masa. La solución del descarte
del cristalizador contiene 37,5% de KNO3 en masa y se recircula al
evaporador. Calcule la cantidad de corriente de recirculación R en
Kg/h y la corriente de salida de cristales P en Kg/h.
1. BALANCE DE MASA.
Balance procesos continuos en estado estacionario con R:
1.- Trace un diagrama simple del proceso
AGUA
1000 Kg/h
20% KNO3
422 K
S Kg/h
50% KNO3
R Kg/h
37,5% KNO3
311 K
P Kg/h
96% KNO3
1. BALANCE DE MASA.
Balance procesos continuos en estado estacionario con R:
3.- Seleccione una base para el cálculo Base de cálculo: 1000 Kg/h
W AGUA
1000 Kg/h
20% KNO3
422 K
S Kg/h
50% KNO3
R Kg/h
37,5% KNO3
311 K
P Kg/h
96% KNO3
1. BALANCE DE MASA.
Balance procesos continuos en estado estacionario con R:
4.- Determine las variables y ecuaciones que las relacionan
1000=W+S-R
1000+R=W+S
0=-S+R+P
S=R+P
200=0,5S-0,375R
R(0,375)+1000(0,2)=S(0,5)
0=-0,5S+0,375R+0,96P
S(0,5)=R(0,375)+P(0,96)
Incógnitas: W, P, S y R.
W AGUA
1000 Kg/h
20% KNO3
422 K
S Kg/h
50% KNO3
R Kg/h
37,5% KNO3
311 K
P Kg/h
96% KNO3
1. BALANCE DE MASA.
Balance procesos continuos en estado estacionario con R:
5.- Proceda al balance de masa
1000=W+S-R
0=-S+R+P
200=0,5S-0,375R
0=-0,5S+0,375R+0,96P
W=791,7 Kg/h
S= 975,0 Kg/h
R= 766,7 Kg/h
P=208,3 Kg/h
W AGUA
1000 Kg/h
20% KNO3
422 K
S Kg/h
50% KNO3
R Kg/h
37,5% KNO3
311 K
P Kg/h
96% KNO3
1. BALANCE DE MASA.
Balance procesos continuos en estado estacionario con
recirculación:
Ejercicio
En una planta concentradora de Calcopirita, se alimenta un primer
banco de celdas con una pulpa de concentración 1%Cu, el relave de
este primer banco de celdas contiene 0,2%Cu, mientras que el
concentrado el cual posee 20%Cu alimenta un segundo banco de
celdas de flotación. El relave de este segundo banco posee 2% Cu y
es recirculado como alimentación del primer banco. El concentrado
del segundo banco contiene 28% Cu.
¿Qué alimentación se debe tener para producir 100 Kg/h de
concentrado con 28% Cu?
1. BALANCE DE MASA.
Ejercicios Resolución en Clases
En un proceso para fabricar jalea, la fruta macerada que tiene 14%
en peso de sólidos solubles, se mezcla con azúcar (1,22 Kg
Azúcar/1,00 Kg fruta) y pectina (0,0025 Kg pectina/1,00 kg fruta).
Considere el azúcar y pectina como sólidos solubles. La mezcla
resultante pasa a un evaporador para producir una jalea con 67%
en peso de sólido soluble. Calcule, para una alimentación de 1000
Kg/h de fruta macerada, los Kg/h de mezcla obtenida, los Kg/h
de agua evaporada y los Kg/h de jalea producida.
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