Balance de Materia y Energía

1. Herramienta importante de la Ingeniería de procesow

2. Se utiliza para contabilizar los flujos de materia y energía entre un proceso industrial

3. Nos permite conocer caudales masicos de todas las corrientes materiales que existen

4. Nos da a conocer las necesidades energéticas del proceso

4.1. Quienes se referirán a la estimación de servicios auxiliares como (Vapor, aire o refrigeración)

5. BALANCES DE MATERIA

5.1. Se basan en la ley de conservación

5.2. Hay que aplicarla al conjunto de materia y energía pero no por separado

5.3. La forma general de un balance de materia total comprende a: (Entrada de materia)=(salida de materia)+(acumulación de materia)

5.4. La forma de balance a cada uno de los componentes exepto en el caso de que existían reacciones químicas

5.5. En éste caso seria: (Entrada del componente)+(Generación neta del componente "reacción química)= (salida del componente)+(Acumulación de energía)

5.6. los BM se pueden aplicar a una unidad de proceso (un equipo), como a todo el proceso completo.

5.7. Para una unidad o equipo, podrán plantearse tantos BM independientes como componentes intervienen en el mismo

5.8. A un proceso completo se le podrán plantear un número de BM independientes igual a la suma de los de todas las unidades del mismo

5.9. En algunos casos existen relaciones impuestas entre las distintas corrientes que nos pueden servir como ecuaciones adicionales a los BM.

6. PLANTEAMIENTO DE LOS BM EN PFC

6.1. El primer paso para plantear los BM a un proceso determinado, consiste en, sobre el diagrama de bloques del mismo, plasmar toda la información de la que se disponga, que básicamente será:

6.1.1. 1. Caudales de las corrientes

6.1.2. 2. Composición de las corrientes

6.1.3. 3. Otras relaciones o restricciones conocidas

6.2. A partir de dicho dato se pueden emplear varias estrategias para plantear los balances, aunque no siempre serán todas posibles, o incluso lo será sólo una (en general no suele ser posible hacer todos los balances secuencialemente):

6.2.1. Resolver el balance al proceso global, y con los datos obtenidos plantear el balance a la primera unidad, e ir resolviendo secuencialmente, cuando sea posible.

6.2.2. Tomar como base de cálculo (variable de diseño) el caudal de materia prima (si hay varias se escogería la principal o una de ella), y resolver secuencialmente el proceso hacia delante, empezando por la primera unidad, aunque luego habría que cambiar la escala para que la capacidad de producción sea la deseada.

6.2.3. Comenzar a plantear y resolver los balances secuencialmente y hacia atrás, empezando por la última de las unidades de proceso, si fuera posible.

6.3. En general el planteamiento y la resolución de los BM exige “manipular” y trabajar con la información disponible, ensayando distintas estrategias, hasta llegar a una solución aceptable y físicamente coherente, pues en ningún caso podrá salir del sistema más materia de la que entra o viceversa

7. BALANCES DE ENERGÍA (BE)

7.1. Donde ms y me son los caudales másicos de entrada y salida del sistema, He y Hs las entalpías de los mismos, y Q el calor intercambiado por el sistema, que si es positivo será ganado por el sistema, y si es negativo será cedido por el mismo a los alrededores.

7.2. Los BE son normalmente algo más complejos que los de materia, debido a que la energía puede transformarse de unas formas a otras (mecánica, térmica, química, etc.), lo que obliga a considerar este aspecto en las ecuaciones.

7.3. En general, en el PFC, los BE serán imprescindibles en equipos en los que el intercambio de energía sea determinante, lo que fundamentalmente sucederá en cambiadores de calor, evaporadores, columnas de destilación, etc., es decir, cuando haya que calentar o enfriar un fluido.

7.4. En el caso de los reactores químicos, también son imprescindibles los balances de energía para su diseño, ya que en cualquier caso habrá que asegurarse de que la temperatura del reactor permanezca dentro del intervalo deseado, especialmente cuando los efectos térmicos de la reacción sean importantes.

7.5. En reacciones bioquímicas dichos efectos no suelen ser muy significativos, así que se podrán ignorar en el dimensionamiento preliminar de los fermentadores o reactores enzimáticos, siempre que se justifique.

7.6. Dejando de lado el planteamiento de los BE en reactores, en la mayoría de los otros equipos, y a efectos de dimensionamiento preliminar, la llamada ecuación de las entalpías, que se incluye a continuación, suele ser suficiente para su planteamiento.

7.7. El cálculo de la entalpía de cada corriente puede realizarse usando de su capacidad calorífica, y una temperatura de referencia, aunque si hay cambios de fase también habrá que considerar el calor latente.