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Uno de los principios de la naturaleza es la ley de conservación de la materia, este postulado se aplica a todos los procesos industriales. Considera una planta industrial, en donde la materia prima ingresa a la unidad de proceso, durante la elaboración del producto final, ocurren transformaciones químicas o cambios físicos de la materia, sin embargo al final se obtiene la misma cantidad de materia que entra al sistema de producción. Así el balance general del proceso es la materia que entra al proceso es igual a la materia que sale del proceso menos la materia que se genera en el proceso más la materia que se genera en el proceso.
Los balances de materia en los procesos industriales se emplean para determinar rendimientos de los procesos, es decir la cantidad de producto obtenido por cantidad de materia prima suministrada en el proceso, esto permite reducir al máximo las mermas de materias primas y optimizar recursos en plantas industriales. Además los balances permiten evaluar el funcionamiento de una unidad de proceso al comparar el rendimiento teórico del real.
En la presente unidad vamos a emplear la información de la primera unidad, en donde se desarrollaron los diagramas de proceso y se identificaron las variables del proceso.
La ecuación de balance para procesos no reactivos se reduce a dos términos: la entrada de materia en el sistema es igual a la salida de materia en el sistema. Esta ecuación se aplica a operaciones unitarias como: evaporación, secado, destilación, mezclado, molienda.
Para los procesos químicos la ecuación de balance está en función de la estequiometria de la reacción, es decir, es función de las relaciones molares entre los reactivos y productos. Se emplea esta ecuación para las fermentaciones alcohólicas, oxidación, composteo, fermentación láctica, etcétera.
Para los diferentes procesos se establecen una serie de pasos a seguir para encontrar la solución numérica de los balances de materia.
Competencia específica
Aplicar el principio de conservación de la masa, para obtener los valores de los parámetros: velocidad de flujo, gasto y presión a través de las ecuaciones de balance de masa.
Logros
- Aplicar las ecuaciones de continuidad a un volumen de control y sus variables para obtener un modelo matemático.
- Aplicar las ecuaciones de momento y cantidad de movimiento.
- Aplicar la ecuación de Bernoulli para presión dinámica y velocidad de la masa.
Contenido
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A lo largo de esta unidad se estableció la metodología para la solución numérica de los balances de materia para obtener el análisis cuantitativo de los procesos industriales en diferentes unidades de proceso en sistemas con procesos físicos y procesos químicos.
La mayoría de los balances de materia en sistemas físicos y/o químicos, tienen solución numérica con matemáticas sencillas, lo más importante es que organices y visualices la información que se proporciona, como las variables del proceso, operaciones unitarias. Esto se logra mediante un diagrama de bloques del proceso.
Los balances de materia y energía son de mucha importancia para los procesos no reactivos, tales como la evaporación, filtración, mezclado, molienda, destilación, etcétera, y para procesos reactivos como oxidación de materia orgánica, combustión, fermentación alcohólica, fermentación láctica, etcétera.
Recuerda que el dominio del tema depende de tu interés y del entusiasmo que le dediques, debido a que esta es una asignatura muy práctica. En la medida que realices más ejercicios vas a poder entender y aplicar los balances de materia en procesos industriales.
Fuentes de consulta
Básica
- Felder, et al (2004). Principios Elementales de los Procesos Químicos. México: LimusaWiley.
- Gray, B.H., et al (2003) Principios básicos de química. España: Reverte.
- Himmelblau, D. (1997). Principios Básicos y Cálculos en Ingeniería Química 6ª Ed. Estado de México: Prentice Hall Hispanoamericana.
- Instituto Interamericano para la Cooperación de la Agricultura. Manual de Capacitación en Agroindustria Rural. San José, Costa Rica. Programa Cooperativo de Desarrollo Industrial Rural (PRODAR).
- Miranda Miranda, O., et al (2007). Elaboración de una bebida fermentada a partir del suero de queso. Características distintivas y control de calidad. Revista Cubana de Alimentación Nutrición. Instituto de investigaciones agropecuarias Jorge Dimitrov. Bayamo, Granma, Cuba.
- Monsalvo R., et al (2010) Balance de Materia y Energía en Procesos Industriales. Grupo Editorial Patria S.A de C.V.
- Rodríguez, V. A. (2008). Procesos de elaboración de yogurt deslactosado de leche de cabra. Ciencia y tecnología de alimentos. Universidad Nacional de Córdoba. Argentina.
- Valiente, A. (2008) Problemas de Balance de Materia y Energía en la Industria Alimentaria. Segunda edición. Editorial Limusa.