BALANCES DE MATERIA Y ENERGIA

Presentación del tema: "BALANCES DE MATERIA Y ENERGIA"— Transcripción de la presentación:

1 BALANCES DE MATERIA Y ENERGIA
CONTENIDO UNIDAD 1. CONCEPTOS BASICOS Sistemas de unidades, concentraciones y soluciones, base seca y base húmeda UNIDAD 2. BALANCES DE MATERIA SIN REACCIÓN QUÍMICA Ecuación general del balance, balance de materia en una etapa, balance de materia multietapas, balance de materia en derivación, recirculación y purga UNIDAD 3: BALANCES DE MATERIA CON REACCIÓN QUÍMICA Balance de materia con reacción química en una etapa, balance de materia con reacción química en varias etapas, balance de materia con reacción química en derivación, recirculación y purga.

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UNIDAD 4: BALANCES DE MATERIA CUANDO SE PRESENTAN MEZCLAS DE GASES Y VAPOR Conceptos básicos de presión de vapor, saturación y humedad relativa, balances de materia en procesos como secado, humidificación, destilación, etc. usando los conceptos aprendidos. Psicrometría: solución de balances de materia utilizando la carta psicrométrica UNIDAD 5: BALANCES DE ENERGÍA Formas de energía y ley de la conservación de la energía, balance de energía en procesos sin reacción química, balance de energía en procesos con reacción química, balance de energía en procesos utilizando la carta psicrométrica, balances de materia y energía conjuntos

3 BALANCES DE MATERIA Y ENERGIA
BIBLIOGRAFÍA BROWN THEODORE L. y otros. Química: La Ciencia Central. PRENTICE HALL. México, 2004. HIMMELBLAU David M., Rodríguez Huerta José. Balances de materia y energía. PHH. México, 1988. REKLAITIS G.V., Schhneider Daniel R., torres Vásquez* José. Balances de materia y energía. McGraw-Hill. México, 1982. VALIENTE Antonio, Primo Stivalet Rudi. Problemas de balances de materia. Alhambra Universidad. México, 1986.

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Evaluación Tipo Porcentaje Primer parcial 25 Segundo parcial Examen final 30 Seguimiento 20

5 PROBLEMAS DE INGENIERIA
BALANCES DE MATERIA Y ENERGIA PROBLEMAS DE INGENIERIA Que tipo de reactor se debe emplear? Tamaño del tanque? De donde se obtienen los reactivos? Se necesita pretratamiento de reactivos? Proporcion de alimentacion al reactor? Como separar producto de reactivos? Si todos los materiales del proceso son gases a la temperatura de reaccion, se podrá enfriar la mezcla a una temperatura a la cual se condense el producto pero no los reactivos? Si son liquidos se podra enfriar la mezcla a una temperatura a la cual cristalice el producto? Que tipo de equipo se requerirá para el proceso anterior, de que dimensiones, se necesitan controles y automatización?

6 PROBLEMAS DE INGENIERIA
BALANCES DE MATERIA Y ENERGIA PROBLEMAS DE INGENIERIA Como se desplazaran las corrientes de reactivos y productos a los equipos hasta y desde el reactor? Con bombas, sopladores, compresores, bandas…? Se sabe lo suficiente del sistema de reaccion, o seran necesarios estudios adicionales? El proceso genera productos de desecho? En que cantidades? Son peligrosos? Cuanto costará todo? A que precio podrá venderse el producto y a quien? Utilidades? Transcurridos 6 meses del arranque de la planta por que el producto no es igual al que se obtenia en el laboratorio? Es una falla del equipo o se modificaron las condiciones en alguna parte del proceso? Como investigarlo? Como corregir el problema? Cuando el proceso comienza a funcionar a la perfeccion se recibe la orden de modificar las especificaciones del producto, como hacerlo sin rediseñar todo el proceso?.... Evidentemente las tareas descritas son demasiado diversas como para incluirlas en una misma categoria. Abarcan disciplinas como matematicas aplicadas, fisica, quimica, ciencias biologicas y ambientales, medicina, investigacion ventas. Algumos de los conocimientos especificos necesarios para llever a cabo estas tareas se adquiriran en este curso, otros se van a adquirir mas adelante y la gran mayoria seran adquiridos despues de la graduacion.

7 BALANCES DE MATERIA Y ENERGIA
Los balances de materia y energía son una contabilidad de entradas y salidas de materiales y energía de un proceso o de parte de este. Estos balances son importantes para el diseño del tamaño de aparatos que se emplean y para calcular su costo. Si la planta trabaja los balances proporcionan información sobre la eficiencia de los procesos. Los balances de materia y energía se basan en las leyes de conservación de la masa y la energía

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9 UNIDAD 1. CONCEPTOS BASICOS Sistemas de unidades
Los sistemas físicos se describen a través de ciertas medidas. Se utilizan cantidades primarias (unidades básicas) tales como la longitud, la masa y el tiempo como base de estas medidas. Las cantidades secundarias (unidades derivadas) tales como la densidad, aceleración, velocidad, presión, etc.,se definen en términos de las cantidades primarias. Algunas magnitudes y unidades básicas en diferentes sistemas de medición Métrico Absoluto: Masa, g Longitud, cm Tiempo, s Temperatura, oK Métrico Absoluto: Masa, g Longitud, cm Tiempo, s Temperatura, oK Inglés absoluto: Masa, lb Longitud, pie Tiempo, s Temperatura, oR Inglés absoluto: Masa, lb Longitud, pie Tiempo, s Temperatura, oR

10 UNIDAD 1. CONCEPTOS BASICOS Sistemas de unidades
Internacional: (SI) Masa, kg Longitud, m Tiempo, s Temperatura, oK Ingeniería Métrico: Masa, g, kg Longitud, cm, m Tiempo, s Temperatura, oK Ingeniería Inglés: Masa, lb Longitud, pie Tiempo, s Temperatura, oR

11 s m kg m3 m/s kg·m/s2 UNIDAD 1. CONCEPTOS BASICOS Sistemas de unidades
Ejemplos de unidades derivadas en el SI s m kg m3 m/s kg·m/s2

12 UNIDAD 1. CONCEPTOS BASICOS Sistemas de unidades
FACTORES DE CONVERSION. Una cantidad en un sistema de unidades tiene su equivalencia en otro sistema. La relación unitaria entre estos dos valores es lo que se denomina factor de conversión. La multiplicación sucesiva de una misma cantidad por una serie de factores de conversión unitarios es el mecanismo utilizado para la conversión de unidades. CONSISTENCIA DIMENSIONAL Y CANTIDADES ADIMENSIONALES Una cantidad puede sumarse o restarse con otra sólo si sus unidades son iguales. Para que una ecuación sea válida debe ser dimensionalmente consistente, es decir que todos sus términos aditivos en ambos miembros deben tener las mismas unidades. Una cantidad adimensional es aquella cuya combinación de variables da un número sin unidades. En muchos casos deben realizarse las conversiones de unidades adecuadas para demostrar la adimensionalidad.

13 1.2 CONCENTRACIONES Y SOLUCIONES
Las disoluciones son mezclas homogéneas de dos o más componentes, uno de ellos es el solvente (ste) y el otro es el soluto (sto), ellos se identifican según el enunciado asÍ: Una disolución de A en B: El sto es A y el ste es B  B contiene a A. Una disolución de A y B: El solvente es el que se encuentra en mayor cantidad en gramos. Una disolución de A: El sto es A y el ste es agua.

14 Variables extensivas y variables intensivas:
n: Moles (variable extensiva) no moles de sto ne moles de ste nsln moles de sln W: Masa (g) (variable extensiva) Wo g de sto We g de ste Wsln g de sln

15 Variables extensivas y variables intensivas:
V: Volumen (mL) (variable extensiva) Vo mL de sto Ve mL de ste Vsln mL de sln Mw: Peso molecular (variable intensiva) Mwo peso molecular del sto Mwe peso molecular del ste Mwsln peso molecular de la sln no existe

16 UNIDADES DE CONCENTRACIÓN
a) Molaridad b) Molalidad c) Normalidad

17 UNIDADES DE CONCENTRACIÓN
d) Porcentaje peso a peso e) Porcentaje volumen a volumen f) Porcentaje peso a volumen

18 UNIDADES DE CONCENTRACIÓN
g) Fracción molar del soluto h) Fracción molar del solvente

19 UNIDADES DE CONCENTRACIÓN
i) Partes por millón (ppm): Para disoluciones muy diluidas; en estas disoluciones la cantidad de sto presente es despreciable comparada con la cantidad de ste y la densidad de la solución tiende a ser la misma densidad del ste puro.

20 1.3 BASE SECA – BASE HUMEDAD
Contenido de humedad, base seca: Contenido de humedad, base húmeda: