1-Mass-Balance-Sep-02

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Eliana Jara Morante
Septiembre, 02 de 2019
1
Balance de materia y energía
2
BALANCE DE MATERIA
3
Proceso de Manufactura
Proceso
Materia 
Primas
Productos
E
n
e
r
g
í
a
Otros
Prod secundarios
Emisiones 
Residuos
Energía y 
trabajo
Energía y 
trabajo
Proceso
4
Proceso de manufactura
5
MATERIA PRIMA
PRODUCTOS AGRICOLAS
CARBON ALQUITRANES
PETROLEO
GAS NATURAL
AIRE
MINERALES METALICOS Y 
NO METALICOS
PRODUCTOS ORGANICOS GASES INDUSTRIALES
PRODUCTOS 
INORGANICOS
PRODUCTOS INDUSTRIALES BASICOS E INTERMEDIOS
PRODUCTOS QUIMICOS FUNCIONALES
POLIMEROS
FERTILIZANTES
MEDICINAS
LIMPIADORES
EXPLOSIVOS
ADHESIVOS
PRODUCTOS PARA AUTOMOTORES
ACEITES
CATALIZADORES
ADITIVOS QUIMICOS
COLORANTES
SURFACTANTES
SABORIZANTES Y FRAGANCIAS
CARBON ACTIVADO
BIOCIDAS
ADELGAZANTES
RETARDADORES DE FLAMAS
ADITIVOS PARA LA COMIDA
ESTABILIZADORES, etc.
PROCESO
METALES
REFINACION DEL 
PETROLEO
PULPA Y PAPEL
VIDRIO
CERAMICA
BIOTECNOLOGIA
MANUFACTURA
MADERA
TEXTILES
MAQUINARIA Y EQUIPO
PRODUCTOS METALICOS
PLASTICOS
NUEVOS MATERIALES
NECESIDADES DEL CONSUMIDOR
COMIDA VESTIDO COSMETICOS VIVIENDA RECREACION EDUCACION
Ley de Conservación de Masa
• Para cualquier sistema
• Sistema en estado estacionario sin reacción






−





+






−





=





 sistemael en
consumida Masa
 sistemael en
generada Masa
 sistemadel
 saleque Masa
 sistemaal
entra que Masa
 sistemael en
Acumulada Masa






=





 sistemadel
 saleque Masa
 sistemaal
entra que Masa
6
• Mezclado
Balance de materiales
F1
F2
F3
F4
Múltiples corrientes de entrada y una de salida
3214 FFFF ++=
8
• Por una tubería fluyen 200 L/min a 5 atm y 170°C de una mezcla de CO, CO2, N2 y O2 con la 
composición en peso siguiente: 30% de CO, 7% de CO2, 28% de N2 y 35% de O2, la cual se 
mezcla con otra línea de aire que contiene 21% mol O2 y 79% mol de N2 que maneja 120 L/min 
a 30°C y 2.8 atm; se conoce que la mezcla de salida está a 110°C y 3 atm.
– ¿Cuál es el peso molecular promedio de las mezclas a la entrada y a la salida de los gases?
– ¿Cuál es la densidad a la entrada y a la salida de los gases?
– ¿Cuáles son las presiones parciales a la salida del mezclador?
– ¿Cuál es la composición en peso de la mezcla resultante?
– ¿Cuáles son los volúmenes parciales a la salida del mezclador?
– ¿Cuál es el porcentaje en mol de la salida del mezclador?
Problema 1
9
• Whole fat milk with 3.5% fat, 3.5% protein, 4.9% carbohydrates, 0.7% ash 
and 87.4% moisture is reconstituted by mixing 1 part of milk concentrate 
with 1.4 parts of H2O. 
• Calculate the composition of the milk concentrate.
Problem 2
• Separación
Balance de materiales
Un corriente de entrada y múltiples corrientes de salidas
Fentrada
Fp1
Fp2
21 ppentrada FFF +=
11
• In bread manufacturing the dough is made by mixing 58.5% flour, 33% 
water, 3.5% sugar, 1.5% vegetable oil, 1.5% milk protein, 1% salt and 1% 
yeast. If 11% of the water contained in dough is lost during baking and 
cooling
• Calculate the required amounts of the above ingredients to produce 1 ton 
of bread per hour.
Problem 2
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• Una mezcla líquida que contiene 30%molar de benceno, 25% de 
tolueno y el resto xileno, se alimenta a una columna de 
destilación. El producto pesado contiene 98%molar de xileno y 
nada de benceno y 96% de xileno de la alimentación se recupera
en esta corriente. El producto ligero se alimenta a una segunda
columna. El destilado ligero de la segunda columna contiene
97% de benceno en la alimentación a esta columna. La 
composición de ésta corriente contiene 94%molar de benceno y 
el balance de tolueno.
Problema 3
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Molienda
• Objetivo es reducir el tamaño de 
partícula de los materiales
• Lograr una tamaño de partícula 
uniforme
• Dependiendo del material se llevan a 
cabo en chancadores y los molinos
• Factores que le afectan:
– Propiedades del material
– Composición física 
– Uso posterior del material
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Tamizado
• Objetivo es clasificar las mezcla por 
tamaño de partícula
• Se recomienda para partículas de 
diámetro en el rango: 50 mm > d > 
40 μm
• Obtener una curva de distribución de 
tamaño de partícula
• Factores que afectan:
– Propiedades del material
– Composición física 
– Humedad del material
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Filtración
• Objetivo es separar las partículas 
sólidas de las líquidas
• Se usa un solvente específico para 
un componente mientras que los 
otros permanecen en la muestra
• Las partículas que no son del tamaño 
adecuado son retenidas en los 
canales del filtro
• Factores que afectan:
– Propiedades del material
– Presión y flujo
F1
F2
F3
16
• Suero de queso contiene 4% en masa de lactosa y 2% de proteina y el 
resto es agua, se alimenta a una unidad de ultrafiltración a un flujo de 
100 kg/h. La membrana se elige de manera que la concentración de la 
proteina en la masa que pasa a través de la membrane (permeate) 
disminuye hasta 0.02%, mientras que la concentración de la lactosa
aumenta a 4.5%.
• Si la alimentación es concentrada en un 50%, determine la composición
de la corriente retenida.
Problema 4
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• The concentration of whey is being 
accomplished by using an ultrafiltration 
membrane to separate water. The 10 
kg/min feed stream has 6% total solids 
and is being increased to 20% total 
solids. The membrane tube has a 5 cm 
inside diameter, and the pressure 
difference applied is 2000 kPa. 
Estimate the flux of water through the 
membrane and the length of the 
membrane tube when the permeability 
constant is 4×10-5 kg water/(m2-kPa-s)
Problema 5
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Secado
• Objetivo es eliminar el contenido de 
humedad de una matriz determinada
• Se usa aire a velocidad que es 
alimentado a una cámara de secado 
donde se encuentra el sólido
• Factores que afectan:
– Propiedades del material
– Velocidad del aire
– Condición ambiental del aire
F1
F2
F3
19
• Una cantidad de papa se somete a secado para aumentar el contenido 
total de sólidos de 14% hasta 93%. 
• Hallar el rendimiento del producto por cada 1000 kg de materia inicial 
asumiendo que el 8% en peso de las papas originales se ha perdido en el 
pelado
Secado
20
• Hojuelas de papa con un contenido de 75% de humedad se van a secar
en un secador a contracorriente. El contenido de humedad del aire que 
ingresa al secador es de 0.08 kg de agua por kg de aire seco. El 
contenido de humedad en el aire que sale del secador es 0.18 kg de 
agua por kg de aire seco. 
• El flujo de aire en el secador es 100 kg de aire seco por hora. 50 kg por
hora de hojuelas de papa humedas entran al secador, en estado
estacionario.
• Calcule el flujo másico de hojuelas de papa humeda
• Calcule el contenido de humedad en base seca del producto
Problema 6
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• Una solución compuesta por 50% de etanol, 10% de metanol y 40% de 
agua, se alimenta a un flujo de 100 kg/h en un separador que produce 
una corriente a un flujo de 60 kg/h con una composición de 80% de 
etanol, 15% de metanol y 5% de agua y una segunda corriente de una 
composición desconocida.
• Calcule la composición en porcentaje de los tres componentes en la 
corriente desconocida y el flujo másico correspondiente
Separación y Mezclado
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• Un líquido adhesivo que se usa para laminar pizarras consiste de un 
polímero disuelto en un solvente. La cantidad de polímero en la solución 
tiene que ser controlada cuidadosamente para esta aplicación. 
• Cuando el proveedor recibe una orden para preparar 3000 kg de una 
solución del adhesivo conteniendo 13% en peso del polímero, lo que 
tiene en stock es (1) 500 kg de una solución de 10% en peso 
• (2) Gran cantidad de una solución al 20% en peso
• (3) Solvente puro
• Calcular el peso de cada uno de los tres stocks que deben combinarse 
para cumplir con la orden. Use toda la solución de 10% en peso
Separación y Mezclado
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• 1000 kg de semillas de soya de composición 18% de aceite,35% de proteína, 
27.1% de carbohidrato, 9.4% de fibra y 10.5% de humedad, se somete a las 
siguientes operaciones:
– Prensadas para reducir el contenido de aceite en las semillas hasta un 6%
– Se extrae con hexano para producir una sustancia con un contenido de 0.5% 
de aceite.
– Finalmente, se seca hasta obtener un 8% de humedad
• Asumiendo que no hay perdida de proteína ni agua con el aceite, realice el balance 
de materia del proceso. 
Problema 9
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• En la manufactura del azúcar, la caña de azúcar se alimenta a un molino
donde el syrup se exprime y el bagazo contiene 80% de pulpa. El syrup 
contiene partículas finas de pulpa y se alimenta a un tamíz donde se 
separa toda la pulpa y se produce un syrup claro que contiene 15% de 
azúcar y 85% de agua. El evaporador produce un syrup denso y el 
cristalizador produce 1000 lb/h de cristales de azúcar. Calcule:
• El agua removida en el evaporador
• Las fracciones de masa en la corriente de residuos
• El flujo de la alimentación de la caña a la unidad
• Determine si esta es una operación eficiente
Problema 10
25
Problema
MOLIENDA TAMIZADO EVAPORACION
CRISTALIZACION
Bagazo
Pulpa 80%
Azúcar 16%
Agua 25%
Pulpa 53%
Azúcar 13%
Pulpa 14%
Azúcar 15%
Sólidos
Pulpa 95%
Agua
Azúcar 40%
Agua
F
D
E
S
H
K
L
M
J
1000 Lb/h
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