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• Yosmary Alfaro

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Balance de masa. Concepto: Se define como la verificación de la igualdad cuantitativa de masas que debe existir entre los insumos de entrada y los productos y residuos de salida, es aplicable tanto a un proceso como a cada una de las operaciones unitarias, a menudo no es posible identificar todas las salidas, por lo que se incluye una diferencia de masas “no identificada”. Entonces en el balance de masa la suma de todas las masas que entran en un proceso u operación van a ser a la suma de masas que salen de dicho proceso u operación (es decir la suma de masas de los productos, residuos y de todos los materiales de salida no identificados). Si: ME = Mi1+M2i …. + Min MS = MP +MR …. + MN

DONDE:

M = Masa E = Entrada. S = Salida.

Balance de masa: ME = MS i1 = Insumo 1. R= Residuo. i2 = Insumo 2. P= Producto. In = insumo n. N= No identificado.

Los materiales de salida, generalmente no identificados generalmente se atribuyen a pérdidas de insumos y productos por derrames, fugas y otras causas similares, cuyo origen no pudo ser detectado y por ende sus masas no pudieron ser cuantificadas, si bien el balance de masa incluye agua, a menudo es conveniente realizarle un balance solo para el agua, a fin de mostrar detalles que normalmente no se incluyen en un balance global. Para hacer un balance de masa, se requiere de toda la información asociada al manejo de los datos de entradas y salidas, incluyendo parámetros de operación, así como información existente a nivel de la administración. Principio de entrada y salida de una operación unitaria. Entradas:

Salidas: → MP (Masa de producto)

ME → (Masa de entrada)

Operación Unitaria → MR (Masa de residuos) → MN (Masa no identificada)

Si bien se puede asumir que la pérdida de masa está dado por la diferencia entre las entradas y las salidas, en algunos sistemas productivos es necesario tomar en cuenta la masa que pudiera quedar residente en la operación, a fin de estimar correctamente la cantidad de perdidas de masa no identificada. Es decir: Entradas + Masa residente inicial = Salida + Masa residencial final + Perdidas no identificadas

. Componentes típicos de un balance de masa: Entradas:

Salidas:

Materias primas ----------------------------↓ ↓------- Recuperación y rehuso--↓ Reactivos químicos Agua Aire Otros insumos

→ → → →

→ Residuos Sólidos o semi sólidos Planta, proceso → Aguas residuales Y/O Operación. → Emisiones gaseosas | | → No identificadas. | |→ Productos y subproductos. Reciclaje

Pasos para realizar un balance de masa: 1. Realizar el diagrama de bloques o de flujo para mostrar las entradas y salidas de un compuesto (Flujo, composición o masa) 2. Identificar las variables de entrada y salida. 3. Realizar ecuaciones para el estudio, se busca la incógnita. Ejemplo: Se desea conocer la composición de Sólidos suspendidos ( SS) y dureza total de fondo y la cantidad de agua clarificada que sale del clarificador, sabiendo que entra agua cruda con un caudal de 25 ton3/h, con 1300 ppm de SS Y 97 mg/L de dureza, también se tiene que la cantidad de lodo generado es de 5 m3/h. 1) Diagrama de flujo. Alimentación → Q1 = 25 ton3/h X1 = 1300 ppm de SS Y1 = 97 mg/L

Tope → Cantidad de agua clarificada = Q3? Q3 = 102 SS. Clarificador Y3 =10 mg/L. ↓ Fondo Q2 = 5m3/h X2 = ? Y2 = ?

Balance de masa por flujo: (Variables independientes). E=S Alimentación = Tope + Fondo. Por caudal 25 m3/h = Q3 + 5 m3/h. Q3 = 25-5 = 20 m3/h. Balance de masa por composición: (Variables dependientes del caudal)

E=S Q1* X1 = Q2*X2 + Q3*X3 25 m3/h*1300ppm = 5m3/h*X2 + 20 m3/h*102ppm => X2 = 25*1300 - 20*102/5 X2 =6092 ppm. E=S Q1*Y1 = Q2*Y2 + Q3*Y3 25 m3/h*97mg/L = 5m3/h*Y2 + 20 m3/h*10mg/L Y2 = 25*97 - 20*10/5 Y2 = 2423 mg/L.