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M.I. GUSTAVO ADOLFO FAJARDO PULIDO
Balance de Materia y Energia
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INTRODUCCION Dentro de las industrias de procesos, los balances de materia y energa son importantes auxiliares en el diseo, control, optimizacin y evaluacin econmica de los procesos propuestos y existentes, as como de decisiones sobre las operaciones que se presentan a diario, por lo que tienen repercusin directa en la produccin y en la situacin financiera de las compaas; en consecuencia que el profesional tcnico desarrolle los conocimientos, habilidades y actitudes que le permitan realizar el clculo de balances de materia y energa con la exactitud requerida.
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BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA
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OBJETIVO Al finalizar el mdulo, el alumno calcular los balances de materia y energa de procesos industriales mediante frmulas para su diseo, control y optimizacin.
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CONTENIDO Balance de materia sin reaccin Balance de materia con reaccin qumica en flujo continuo Balance de energa y masa sin reaccin qumica en flujo
continuo. Balance de energa y masa en sistema con reaccin qumica.
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FUENTES DE INFORMACION 1 .- FELDER RICHARD M. 8 ROUSSEAU R. U.
ELEMENTARY PRINCIPLES OF CHEMICAL PROCESSES. Ed. UILEY. 2.- REKLAITIS G. V. Y SCHNEIDER D. R. BALANCES DE MATERIA Y ENERGIA. NUEVA EDITORIAL INTERAMERICANA. 3.- VALIENTE ANTONIO Y PRIMO STIVALET RUDI. PROBLEMAS DE BALANCES DE MATERIA. Ed. ALHAMBRA MEXICANA. 4.- HIMMELBLAU DAVID M. BALANCES DE MATERIA Y ENERGIA. Ed. PRENTICE-HALL. 5.- MYERS A. L. & SEIDER W. D. INTRODUCTION TO CHEMICAL ENGINEERING AND COMPUTER CALCULATIONS. Ed. PRENTICE-HALL.Balance de Materia y Energia 6
DIAGRAMAS DE FLUJO
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SISTEMAS DE UNIDADES
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ESCALAS DE TEMPERATURASF = 1.8(C) + 32 C = (F 32)/1.8 R = F + 460 K = C + 273Balance de Materia y Energia 12
PRESION
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Es la razn de la masa por unidad de volumen
Volumen especifico
Gravedad especifica = / agua Donde agua = 1000 kg/m3Peso especifico = g = N/m3W = mg (N) m3 = 1000 litrosBalance de Materia y Energia 14
Pv = RT P = RT
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CONCEPTOS BASICOS
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FRACCION MASICO Y MOLAR
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Fraccin en peso
5 kg H2O5 kg NaOH
5/10 = 0.55/10 = 0.5
Total 10 kgPeso molecular (kg)
kg mol
fraccin molar
H2O NaOH
18 40
5/18 = 0.278 5/40 = 0.125 0.278 + 0.125 = 0.403
0.278/0.403 = 0.69 0.125/ 0.403 = 0.310.69+0.31 = 1
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Los balances de materia no son ms que la aplicacin
de la ley de conservacin de masa. La materia no se crea ni se destruye
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BALANCE DE MASA EN SISTEMAS EN REGIMENES ESTACIONARIOS
Mezclado En procesos de separacin Contacto a contracorriente Contacto en paralelo En procesos con recirculacin En procesos en derivacin En flujo de fluidos
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FLUJO Flujo volumetrico (m3/s)
Q = AV Flujo masico (kg/s) m = AVDonde: Q = flujo volumetrico (m3 /seg) m = flujo masico (kg/seg) A = area (m2 ) V = velocidad (m/seg) = densidad (kg/m3)Balance de Materia y Energia 36
ECUACION DE CONTINUIDAD
Q1 = Q2Balance de Materia y Energia 37
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Ejemplo Fluye aire cuya densidad es de 0.078 lbm/ft3 que entra al ducto de un sistema de aire acondicionado con un gasto volumtrico de 450 ft3 /min. Si el dimetro del ducto es de 10 in, determine la velocidad del aire a la entrada del ducto y el flujo msico de este aire.
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Solucin
Flujo volumetrico ( ft3/s)
Q = AV Flujo masico (lbm /s) m = AvBalance de Materia y Energia 48
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Fluye petrleo crudo con una densidad de 892 kg/m3 a travs de tuberas tal como se indica en la figura, con flujo de 1.388 x 10-3 m3/s a la entrada de la tubera 1. El flujo Se divide en partes iguales entre las tres tuberas, las tuberas son de acero de cdula 40; Calcule:
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1 pie = 12 1 pie = 0.3048 m 1 pie2 = 0.0929 m2Balance de Materia y Energia 52
Flujo msico(kg/s) m = Av = Q
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Velocidad en 1 y 3
v
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