Balance Practica

COMPONENTE PRÁCTICO VIRTUAL
KAREN JULIETH NAVARRO ACOSTA
CODIGO: 1.111.201.109
BALANCE MASICO Y ENERGÉTICO EN PROBLEMÁTICAS AMBIENTALES
358081_4
JAIME MAURICIO CABRERA VIVANCO

TUTOR
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD

ESCUELA DE CIENCIAS AGRICOLAS, PECUARIAS Y MEDIO AMBIENTE
(ECAPMA)
13 JUNIO 2021
EJERCICIOS
1. Se mezclan 56 libras de fresas que contienen 15% en peso de sólidos y el resto agua, con
50 libras de azúcar. La mezcla se concentra por evaporación hasta retirar dos terceras partes del
agua que entro. Calcular el % de sólidos totales del producto concentrado
Grados de libertad para el mezclador
GL=¿ de incognitas−¿ de ecuacio nes de balance−¿ de relacione s adicionales

M =¿ incognitas
M 1=flujo de salida de agua 100 %
M 2= porcentaje de azucar
M 3= porcentaje de solidos provenientes de la fresa
M 4 =flujo de salida provenientes del agua
¿ de ecuaciones de balance
Son 3 referentes a los sólidos provenientes de las fresas, el agua y el azúcar.
¿ de relaciones adicionales
Solo contamos con un dato adicional que son dos terceras partes del agua.
Gl=4−3−1=0
Asumimosque agua ( A ) , Solidos ( S ) y Azucar ( AZ)
f 1=56 lb fresa ( S )−15 % agu a( A)−85 % corriente

f 2=50 lb Azucar ( AZ)
A continuación se realiza una ecuacion general donde se establecen los flujos de entrada y de
salida de manera másicos como se presentan en este ejercicio, como no ocurre ningún tipo de
proceso químico dentro del mezclador, tenemos que por principio de conservación de la materia,
el flujo que ingresa debe de ser el mismo que debe de salir .
f 1+ f 2=f 3 + f 4
56 lb+ 50lb=f 3 +f 4
106 lb=f 3 + f 4 Primer ecuacion de balance
Sabemos que f3, salen 2/3 de agua que entro en f1.

Agua que entro en f 1=0.85 x 56 Lb=47.6 Lb
2
Por lo que f 3=47,6 x =31,7 Lb de aguas
3
Reemplazamos la ecuacion general y tenemos que:
106 lb=31,7 Lb +f 4
f 4=74,3 Lb
Balance por componentes
Balance de agua
W A =composicion del agua en la corriente 1

1
1
F =flujo total en la corriente 1
W A x F 1−W A x F3 +W A x F 4
1 3 3
0,85 x 56 Lb−1 x 31,7+W A x F 4 3
47.6 Lb−31,7 Lb+W A x 74.3 Lb

3
W A −0.214−21.4 %
3
W A solidos=( 100−21.4 )=78,6 %

4
2. En las corrientes residuales de dos líneas, de producción de un proceso industrial se
encuentra presente una sustancia tóxica (la sustancia A), la cual debe ser recuperada para una
mejor disposición y para cumplir con la normatividad ambiental en el vertimiento de residuos
líquidos a fuentes de agua. Para la recuperación de la sustancia A, se mezclan las dos corrientes
residuales en un tanque y posteriormente se realiza la separación en una columna de destilación,
como se muestra en el siguiente diagrama. Al mezclador entra una corriente con una
composición de 15% de A y sale una corriente combinada con una composición de 25% de A y
10% de B (todos en porcentaje molar). Se espera que en la columna se recupere el 97% del A
que entra a ella. ¿Cuál es el porcentaje de A en la corriente residual 2?
Asumiendo una base de cálculo de 100 moles en la corriente 1.
Grados de libertad para el mezclador
Gl=¿ de incognitas−¿ ecuaciones de balance−relaciones adionale s
Gl=4−3−1=0
Balance general
f 1+ f 2=f 3
f 1=100 moles
100 mole s+ f 2=f 3

Balance en el mezclador
Componente B
x=fraccion molar
f 1∗x 0 =f 3∗x 3
B B
100 moles∗x 3 =f 3∗(0.10)

B
100 moles∗( 0.85 ) =f 3∗(0.10)
85
f 3=
0,10
f 3=850 moles
100+ f 2=850 moles
f 2=750 moles
Componente A
f 1∗x A ∗f 2∗x A =F 3∗x A

1 2 3
100∗( 0.15 ) +f 2∗x A =F 3∗(0,25)
100∗( 0.15 ) +750∗x A −850∗(0,25)
750∗x A =212.5−15
x A=197/750
x A=0,263
La fracción molar de A en la corriente 2 será:
x A= ( 0,263 )=26,3 %
3. Se tienen 250 moles por hora de una solución 35% molar de dicloruro de etileno, en
tolueno, y son alimentadas en la mitad de una columna de destilación, en la cual no hay
acumulación neta. Los 250 moles/h del fluido son distribuidas en dos corrientes; una es elevada y
destilada, y la otra se constituye en la corriente de base, el fluido destilado contiene 85% de
Dicloruro de etileno y el fluido base contiene 12% de Dicloruro de etileno. ¿Cuál es el porcentaje
de flujo de cada corriente? Realice el diagrama del proceso.
Este es un problema que se plantea como un balance de masa.
En vista de que la masa no se acumula ni se pierde, ni hay transformación de los compuestos,
Hemos llamado D al flujo de destilado y B al flujo de fluido base.
Balance general
D+ B=250 Moles / hora
Balance por componentes
Balance de Dicloruro de etileno
0.85 D+0.12 B=0.35(250 Moles /hora)
0.85 D+0.12 B=87.5 mol /hr (2)

4. Un lodo compuesto de CaCO3 (s) en una solución de NaOH y agua es, lavado con una
masa igual de solución de NaOH al 5% p/p. La mezcla de sedimento húmedo contiene 2 lb de
solución por lb de CaCO3 sólido. La parte de solución del sedimento húmedo puede ser
considerada de igual composición al de la solución limpia (libre de sólidos) que se retira en la
parte superior de la unidad. Si el lodo alimentado contiene igual composición másica en cada uno
de sus componentes, calcule la concentración final de la solución limpia.
Componentes del lodo: CaCO3 en una solución de NaOH y agua.

%p/p NaOH = 5%.
Contiene 2 lb de solución por cada lb de CaCO3.
Concentración de la solución limpia:
El lodo alimentado tiene una composición igual de NaOH y CaCO3.
Sabemos que el lodo alimentado contiene un %p/p igual en NaOH y CaCO3, luego notamos que
al ser lavado tiene el sobre de NaOH que de CaCO3, por lo tanto la cantidad de NaOH y CaCO3
de inicio es del 5% cada una.
composicion lodo CaCO 2=5 % NaoH
2 Lb+Cda Lb CaCo 3
f 1=f 2+ f 3
5 % f 1=33,30 f 2+ f 3
f 3=33,30 %−5 %
f 3=28,3
La concentración final de la solución limpia es 28,3 %

5. En una planta de tratamiento y acabado de metales pesados, una de sus corrientes de
desecho tiene 7,1% p/p de cromo (Cr). Esta corriente de desecho se dirige a una unidad de
tratamiento donde se elimina 95% del cromo que ingresa, y luego lo recircula a la planta. La
corriente residual de líquido, resultante de la unidad de tratamiento, se dirige hacia un pozo de
agua de desechos. La capacidad máxima de la unidad de tratamiento es de 5000 Kg/h de agua de
desecho. Considerando que el agua de desecho deja la planta de tratamiento y acabado a una
velocidad superior a la de la capacidad de la unidad de tratamiento, el exceso (cantidades
mayores a 5000 Kg/h) se deriva de la unidad para mezclarse con la corriente residual que sale de
la unidad, y la corriente resultante se dirige hacia el pozo de desechos.
a) Haga un diagrama de flujo detallado con todos los datos del problema, sin asumir una
base de cálculo.
Cr: Cromo
W: Agua
b) Si el agua de desecho de la planta de tratamiento y acabado de metales sale a una razón de
F1=7400 Kg/h, calcule el flujo F6 en Kg/h de la corriente de líquido dirigida hacia el pozo de
desechos, y la fracción en masa de cromo (Cr) en esta corriente.
Con la primera determinación se tiene que:

kg
F 1=7400
h
Así se puede comprender, por el punto de divergencia mutuo que

kg
F 2=F3 =3700 ,
h
Además que
x 1 ,Cr =x 2 ,Cr =x 3 ,Cr =0.071
x 1 ,W =x2 , W =x 3 ,W =0.929
Con un balance de cromo en la Unidad de Tratamiento puede hallarse F4 del siguiente modo:
kg
F 4=0.95∗F 2 x 2 ,Cr =242.82
h
Y así F5:
kg
F 5=F2 −F4 =3357.18
h
Por lo que por el punto de convergencia se tiene que:

kg
F 6=F 5+ F 3=F 1−F 4=6957.18
h
Finalmente con un balance global de agua, se tiene que:
F 1 x 1 ,W =F 6 x6 ,W x 6 ,W =0.9614
Así el contenido de Cromo al final del proceso es,

x 6 ,Cr =1−x6 , W =0.0386
c) Con ayuda del simulador construido en Excel, elabore una tabla presentando las velocidades
de flujo (F6) y las fracciones másicas (x6) de Cromo (Cr) en esa misma corriente, variando los
flujos de entrada F1 desde 1000 Kg/h hasta 10000 Kg/h con incrementos de 1000 Kg/h. Luego,
elabore en Excel la gráfica de fracción másica x6 (eje y) vs. F6 (eje x). y explique brevemente en
el video lo que representa la gráfica y la conclusión que pueda obtener a partir de ella.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

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JAIME MAURICIO CABRERA VIVANCO

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Grados de libertad para el mezclador

GL=¿ de incognitas−¿ de ecuacio nes de balance−¿ de relacione s adicionales

Asumimosque agua ( A ) , Solidos ( S ) y Azucar ( AZ)

f 1=56 lb fresa ( S )−15 % agu a( A)−85 % corriente

106 lb=f 3 + f 4 Primer ecuacion de balance

Sabemos que f3, salen 2/3 de agua que entro en f1.

Balance por componentes

W A =composicion del agua en la corriente 1

0,85 x 56 Lb−1 x 31,7+W A x F 4 3

47.6 Lb−31,7 Lb+W A x 74.3 Lb

W A solidos=( 100−21.4 )=78,6 %

Asumiendo una base de cálculo de 100 moles en la corriente 1.

Grados de libertad para el mezclador

Gl=¿ de incognitas−¿ ecuaciones de balance−relaciones adionale s

100 mole s+ f 2=f 3

100 moles∗x 3 =f 3∗(0.10)

100 moles∗( 0.85 ) =f 3∗(0.10)

100+ f 2=850 moles

f 1∗x A ∗f 2∗x A =F 3∗x A

100∗( 0.15 ) +f 2∗x A =F 3∗(0,25)

100∗( 0.15 ) +750∗x A −850∗(0,25)

La fracción molar de A en la corriente 2 será:

Este es un problema que se plantea como un balance de masa.

En vista de que la masa no se acumula ni se pierde, ni hay transformación de los compuestos,

Hemos llamado D al flujo de destilado y B al flujo de fluido base.

D+ B=250 Moles / hora

Balance por componentes

Balance de Dicloruro de etileno

0.85 D+0.12 B=0.35(250 Moles /hora)

0.85 D+0.12 B=87.5 mol /hr (2)

Componentes del lodo: CaCO3 en una solución de NaOH y agua.

La concentración final de la solución limpia es 28,3 %

Con la primera determinación se tiene que:

Así se puede comprender, por el punto de divergencia mutuo que

Por lo que por el punto de convergencia se tiene que:

Finalmente con un balance global de agua, se tiene que:

Así el contenido de Cromo al final del proceso es,

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