Nature">
Laboratorio 3
Laboratorio 3
Laboratorio 3
AREQUIPA
FACULTAD DE INGENIERIAS DE PROCESOS
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA QUIMICA
‘’LABORATORIO N°3’’
PRESENTADO POR:
AREQUIPA-2020
PRACTICA DE BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA N°3
BALANCE DE MATERIA SIN REACCION QUIMICA EN TANQUES
1.OBJETIVOS
Según el caso ante el que nos encontremos este balance puede ser modificado,
desaparecido algunos de sus miembros.
SALIDA – ENTRADA: Cantidad de propiedad que cruza los limites en uno u otro sentido
por unidad de tiempo.
ACUMULACION: Cantidad de propiedad existente en el sistema en un momento dado
menos la que había en un instante inmediatamente anterior divido entre el intervalo de
tiempo. Puede ser positiva o negativa, según la cantidad de propiedad contenida en el
sistema aumente o disminuya.
GENERACION: Cantidad de propiedad que parece o desaparece dentro del sistema por
unidad de tiempo, sin estar presente inicialmente en el sistema y no habiendo
atravesado sus límites. Puede ser positiva o negativa según aparezca o desaparezca
propiedad. Concretamente en nuestra experiencia la generación es nula.
Balance total de materia expresado en masa.
Es una magnitud conservada, ya que el término de generación es nulo. El balance de
materia se expresa como:
𝑑𝑀
∑ 𝑚2 − ∑ 𝑚1 + = 0 donde
𝑑𝑡
𝑑 (𝜌. 𝑉 )
∑ 𝜌2 . 𝑄𝐿2 − ∑ 𝜌1 . 𝑄𝐿1 + =0
𝑑𝑡
Si admitimos que la densidad es constante en todo el sistema (como en nuestro caso),
se puede escribir como:
𝑑𝑉
∑ 𝑄𝐿2 − ∑ 𝑄𝐿1 + =0
𝑑𝑡
Balance de componentes en unidades másicas.
En el caso de que no suceda ninguna reacción química el termino de generación será
nulo. El balance queda como:
𝑑𝑀𝑗
∑ 𝑚𝐽2 − ∑ 𝑚𝑗1 + =0 donde
𝑑𝑡
𝑑𝐶𝑗
𝑄𝐿 . 𝐶𝑗2 − 𝑄𝐿 . 𝐶𝑗1 + 𝑉 =0 donde
𝑑𝑡
𝐶𝑗2 = 𝐶𝑗
𝑄𝐿2 =𝑄𝐿1 = 𝑄𝐿
En nuestro caso el termino 𝑄𝐿 . 𝐶𝑗 es nulo debido a que el HCl no entra al sistema por
medio de una corriente sino que es añadido puntualmente con una probeta al inicio del
experimento y ya no vuelve a agregarse más.
3. MATERIALES Y REACTIVOS:
Sistema de tanques
Agua
Matraz
Zumo
Vasos Precipitados
Agitador magnético
4. PROCEDIMIENTO
•Lavar los tanques, tener una solución de zumo vamos a estudiar el proceso de dilución
del proceso de una mezcla.
•Ajustar las entradas y salidas comprobamos con la línea de nivel marcada en el matraz,
tenemos que llegar a tener un nivel constante de entrada y salida del agua ya que
estamos tratando un sistema de régimen estacionario.
•Tomamos muestras en vasos de precipitados la salida del tanque agitado, teniendo la
precaución de numerar las muestras y anotar su tiempo de muestreo.
•Tomaremos 20 muestras las diez primeras en intervalos de 30 segundos y las 10 últimas
en intervalos de un minuto.
•Medir el caudal que está circulando en nuestro tanque antes de empezar, recogemos
liquido durante un minuto, luego una vez medido el volumen dividiremos por el tiempo
y sacaremos el caudal que está circulando en el sistema.
•Vaciamos el agua del matraz y en su lugar llenamos el zumo concentrado de 30 grados
brix° y empezamos con las muestras y tomamos la primera muestra que contiene la
concentración neta de zumo.
TABLA 1. BALANCE DE MATERIA SIN REACCION QUIMICA EN TANQUES
CONCENTRACIÓN Ln [ ] CONCENTRACIÓN Ln [ ] C.
N° MUESTRA TIEMPO
PRÁCTICA C.PRÁCTICO TEÓRICO TEÓRICO
0 0 29.7 3.391147046 29.7 3.391147
1 0.5 25.6 3.242592351 25.3009603 3.2308424
2 1 21.3 3.058707073 20.80528566 3.0352071
3 1.5 17.6 2.867898902 16.99040719 2.8326489
4 2 14.8 2.694627181 14.12049348 2.6476272
5 2.5 12.3 2.509599262 11.59819245 2.4508493
6 3 10.1 2.312535424 9.412470169 2.2420354
7 3.5 8.4 2.128231706 7.736750024 2.0459817
8 4 6.9 1.931521412 6.280951059 1.8375214
9 4.5 5.6 1.722766598 5.038037381 1.6170166
10 5 4.6 1.526056303 4.090046354 1.4085563
11 6 3.2 1.16315081 2.779165797 1.0221508
12 7 2.1 0.741937345 1.78146729 0.5774373
13 8 1.4 0.336472237 1.16006059 0.1484722
14 9 0.9 -0.105360516 0.728432353 -0.3168605
15 10 0.6 -0.510825624 0.47434251 -0.7458256
16 11 0.4 -0.916290732 0.308883612 -1.1747907
17 12 0.3 -1.203972804 0.226282105 -1.4859728
18 13 0.1 -2.302585093 0.07367549 -2.6080851
19 14 0 #¡NUM! 0 #¡NUM!
20 15 0 #¡NUM! 0 #¡NUM!
FUENTE: Elaboración propia
7.CONCLUSION
Valor teórico:
−𝟎.𝟒𝟔𝟓(𝒕)
𝑿 = 𝑪𝒆 𝑽
Donde:
470𝑚𝑙+460𝑚𝑙
C: CONCENTRACION INICIAL (30°BRIX) 𝑐𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 = 2
Generación. Cuando no hay generación por reacción química, la materia se dice que es
𝑑𝑀
conservativa. En este caso = 0 es decir en el caso de que no suceda ninguna reacción
𝑑𝑡
química el termino de generación será nulo.
8.4.un tanque contiene 240l de agua pura, una solución acuosa de NaCl contiene 0.1Kg
de sal/ l y se alimenta al tanque de agua a razón de 12l/min y la mezcla agitada sale del
tanque al mismo gasto a) que cantidad de sal contiene el tanque en cualquier instante
b) cuando contendrá 0.07 kg de sal/l de solución que sale del tanque. Resolver problema
12 l/min
0.1kg
𝑑𝑥
=𝐿1 𝐶1 − 𝐿2 𝐶2
𝑑𝑡
𝑑𝑥 12 𝑋 240 L
= (12 . 0,1) – ( )
𝑑𝑡 240
X(t) =0 kg
𝑑𝑥 𝑋
= 1,2 –
𝑑𝑡 20
𝑑𝑥 24−𝑋
=
𝑑𝑡 20 12 l/min
𝑑𝑥 𝑑𝑡
=
24−𝑋 20
𝑑𝑥 𝑑𝑡
∫ 24−𝑋 =∫ 20
−𝑡
Ln I24-x I = 20 + C
−𝑡
24 - x= C𝑒 20
x(0) = 0 reemplazando en la ecuación : 0 = 24 + C
C = -24
−𝑡
Quedándonos como resultado la ecuación : x(t)=24 -24𝑒 20
a) Que cantidad de sal contiene el tanque en cualquier instante
−𝑡
x(t)=24 -24𝑒 20
b) Cuando contendrá 0.07 kg de sal/l de solución que sale del tanque. Resolver
problema.
𝑥(𝑡) 24 24 −𝑡
= - 𝑒 20
50 50 50
−𝑡
0,07 = 0,48 −0,48𝑒 20
𝑡 = 3,25 𝑚𝑖𝑛
8.5 un tanque contiene 300l de agua pura. Se le suministra una solución de BaSo4 a
razón de 10l/mint, contiene 0.4 Kg de BaSO4/ l de solución y del tanque sale un flujo de
16 l/mint, a) halle la concentración de BaSO4 al cabo de t minutos b) la concentración a
los 15 minutos. Resolver problema.
10 l/min
0.1kg
𝑑𝑥
=𝐿1 𝐶1 − 𝐿2 𝐶2
𝑑𝑡
𝑑𝑥 16 𝑥 300 L
= (10 . 0,4) – ( 300−6𝑡 )
𝑑𝑡
X(t) =0 kg
𝑑𝑥 8𝑥
=4–
𝑑𝑡 150−3𝑡
𝑑𝑥 8𝑥
+ =4
𝑑𝑡 150−3𝑡 16 l/min
8𝑥 −8
Factor de integración : 𝑒 ∫150−3𝑡dt =(150 − 3𝑡) 3
−8 −8
(150 − 3𝑡) 3 . X = 4∫(150 − 3𝑡) 3 𝑑𝑡 + 𝐶
−5
−8 (150−3𝑡) 3
(150 − 3𝑡) 3 . X =4 . ( )+C
5
4 8
x(t) =5 . (150 − 3𝑡) + 𝐶 . (150 − 3𝑡) 3
C= - 0,00019