Balance de materia: método general aplicado a procesos sin reacción (ejemplo resuelto)

 

1. Introducción al balance de materia

El balance de materia es una de las herramientas fundamentales en la ingeniería química. Se utiliza para cuantificar la masa que entra, sale, se acumula o se transforma dentro de un sistema físico o químico.

Se aplica en:

• Mezcladores

• Separadores

• Tanques

• Columnas

• Reactores (con o sin reacción)

La ecuación general es:

$$\text{Entradas} - \text{Salidas} + \text{Generación} - \text{Consumo} = \text{Acumulación}$$

En procesos sin reacción química, los términos de generación y consumo son cero.

2. Procedimiento general recomendado

Para evitar errores, se recomienda seguir siempre este orden:

1. Definir claramente el sistema

2. Dibujar un diagrama de flujo

3. Elegir una base de cálculo

4. Unificar unidades

5. Aplicar balance total

6. Aplicar balances por componente

7. Verificar resultados

3. Ejemplo resuelto

Un separador recibe 1000 kg/h de una mezcla que contiene 25% en masa de A y 75% de B.

El equipo entrega:

• Corriente 1 con 40% de A

• Corriente 2 con 10% de A

Determinar los caudales másicos de salida.

Datos

Entrada:

• Flujo total: 1000 kg/h

• Masa de A: 250 kg/h

Salidas:

• $S_1$ con 40% A

• $S_2$ con 10% A

Balance total

$$S_1 + S_2 = 1000$$

Balance del componente A

$$0.40S_1 + 0.10S_2 = 250$$

Sustituyendo $S_2 = 1000 - S_1$:

$$0.40S_1 + 0.10(1000 - S_1) = 250$$ $$0.30S_1 = 150 \Rightarrow S_1 = 500\ \text{kg/h}$$ $$S_2 = 500\ \text{kg/h}$$

$$\text{4. Resultados finales Corriente 1: 500 kg/h Corriente 2: 500 kg/h ✔ El balance se cumple correctamente.5. Ejercicios propuestos Resolver el mismo problema si la alimentación es 1200 kg/h. ¿Qué ocurre si el sistema no está en estado estacionario? ¿Por qué es importante verificar el balance total?}$$