Unidad 1: Balance de Masa

Unidad 1: Balance de Masa

• Un balance de masa es una contabilidad de entradas y salidas de masa en un proceso o parte de éste.
• Se basa en la ley de conservación de la masa, que establece que la masa no se crea ni se destruye, solo se transforma.
• La realización de un balance de masa es importante en el cálculo del tamaño de equipos y para evaluar los costos del proceso.
• Los cálculos de balance de masa son un requisito previo para otros cálculos.

Conceptos Principales

• Un proceso es un conjunto de operaciones que produce transformaciones físicas o químicas en una sustancia o grupo de sustancias.
• La alimentación o entrada son las sustancias que ingresan al proceso.
• El producto o salida son las sustancias que emergen del proceso.
• Un sistema es el objeto de estudio y todo lo que lo rodea se denomina entorno o medio ambiente.
• Un sistema dinámico puede ser activo o estar en reposo o equilibrio.

Sistema Termodinámico

• Un sistema termodinámico es una parte del universo delimitada por límites reales o imaginarios.
• Se puede analizar sus propiedades de manera más sencilla en comparación con un todo.
• Un sistema puede ser cualquier cosa, incluyendo máquinas, empresas o cuerpos de agua.
• Los sistemas pueden ser abiertos, cerrados o aislados.

Sistemas

• Sistemas Abiertos: Intercambian materia y energía con el entorno (ej. una hoguera).
• Sistemas Cerrados: Intercambian energía pero no materia con el entorno (ej. una olla a presión).
• Sistemas Aislados: No intercambian ni materia ni energía con el entorno (ej. termos).

Sistemas Cerrados

• Un sistema cerrado es aquel que intercambia energía (calor y trabajo), pero no materia con el entorno.
• La masa de un sistema cerrado permanece constante.
• Un ejemplo de un sistema cerrado es una olla a presión que no permite que los gases escapen.

Sistemas Abiertos

• Un sistema abierto es un sistema termodinámico donde hay entrada y salida de materia y energía.
• La Tierra es un ejemplo de un sistema abierto.

Sistemas Aislados

• Un sistema aislado es aquel que no intercambia ni materia ni energía con el entorno.
• Los termos son un ejemplo de sistema aislado.

Parámetros del Sistema

• Entorno: Todo lo que rodea el sistema.
• Frontera: Límites que definen el sistema.
• Universo: Sistema + Entorno.
• Entradas: Materia o energía que entra al sistema.
• Salidas: Materia o energía que sale del sistema.

Principio General de Conservación de Masa

• La ley de conservación de la masa indica que la masa total de los reactivos en una reacción química es igual a la masa total de los productos.
• Matemáticamente: Entrada - Salida + Generación - Consumo = Acumulación

Balance de Masa Total

• La ecuación de balance de masa utiliza la ley de conservación de la masa y considera la masa total ya sea en un sistema o una planta.

Balance de Masa de Componentes

• Se aplican los mismos principios que en el balance de masa total pero considerando los componentes individualmente.
• Para un sistema con n componentes, se necesitan n ecuaciones independientes.

Fracción Másica

• Es la relación entre la masa de una sustancia en una mezcla y la masa total de la mezcla.

Descripción de ejemplos de balance de masa (1, 2, 3, 4, y ejemplos)

• Los ejemplos proporcionan situaciones en las que se aplican el concepto del balance de masa para calcular valores desconocidos como masa, porcentaje, rendimiento etc.

Estado Termodinámico

• Un estado termodinámico se define por las propiedades del sistema (ej. presión, temperatura, volumen, composición).

Proceso Termodinámico

• Un proceso termodinámico es cualquier cambio en las propiedades del sistema.
• Un proceso puede ser estacionario o transitorio.

Procesos Múltiples

• En la vida real, los procesos industriales normalmente son secuencias de subprocesos.
• Un balance de masa de todo el proceso es la suma de los balances de cada subproceso.

Información de Corrientes

• La información de las corrientes (flujo y temperatura) puede ser fácil de determinar (flujómetros y termómetros) o difícil o imposible de alcanzar (debido al tamaño o acceso al equipo).

Este cuestionario cubre los fundamentos del balance de masa en procesos químicos, basándose en la ley de conservación de la masa. Evaluarás tu comprensión sobre cómo se manejan las entradas y salidas en un sistema, así como la importancia de este concepto en el diseño de equipos y en la evaluación de costos. Prepárate para analizar conceptos clave relacionados con sistemas y procesos.