Guia fonamental de balanços de matèria en processos

Balanços de matèria: Conceptes bàsics

L'objectiu és conèixer els cabals i composicions de les diferents corrents d'entrada i sortida d'un sistema, així com les quantitats totals i composicions mitjanes que hi ha al seu interior en un moment donat.

Un balanç és un inventari d'una determinada substància. Per això, ha de quedar ben especificat al voltant de quin sistema s'està realitzant el balanç. Un sistema pot estar constituït per un procés o per una part del mateix, del qual s'hauran especificat amb molta precisió els seus límits.

Els balanços es poden realitzar en unitats màssiques o molars, segons el tipus de problema considerat. L'elecció d'un tipus o un altre d'unitats es fa amb la finalitat que la resolució del model matemàtic resultant sigui el més senzilla possible.

Definicions clau

• Cabal total: Quantitat total d'una mescla en un corrent, per unitat de temps. M (kg/h), N (kmol/h), Q (m³/h).
• Cabal individual: Quantitat total d'un component en un corrent per unitat de temps.
  Cabal individual = Cabal total × Fracció del component
• Fracció molar: Relació entre els mols d'una substància continguts en una mescla respecte als mols totals a la mescla.
• Fracció màssica: Relació entre la massa d'una substància continguda en una mescla respecte a la massa total present a la mescla.
• Reciclatge: Corrent que és recirculat a l'entrada del procés; permet la recuperació i utilització de reactius no consumits.
• Bypass o derivació: Separació de part de la corrent d'alimentació a un procés i la incorporació posterior a la corrent resultat del procés.

Equació general de balanç

Cabal acumulació = Cabal net + Cabal generació
(A = E - S + G)

Equacions bàsiques:
M₁ = M₂ + M₃
M₁ · W₁ = M₂ · W₂ + M₃ · W₃
M₁ · X₁ = M₂ · X₂ + M₃ · X₃

Exemples pràctics

Exemple 1

Procés: Molí de boles + mesclador per agitació encamisat + bomba general + filtre premsa.

El sòlid que volem mesclar el posem al molí de boles; una vegada molt, el passem al mesclador per agitació. La mescla s'agita mentre es calenta, generant una mescla heterogènia. Impulsem la mescla amb una bomba cap al filtre premsa, on separem la part sòlida de la suspensió del dissolvent.

Exemple 2

Procés: Ventilador + tanc agitador + bomba general. Arriben al tanc agitador amb calefacció interior, passen al tanc mesclador refredador, van a l'extrusora i finalment al sistema pneumàtic (compressor + bomba + cicló).