Práctica 2 Balance de materia a régimen no permanente.

Introducción Una de las leyes fundamentales en el Ingeniería Química es la ley de la conservación de la materia de ahí la importancia de aprender a plantear ecuaciones, llamadas balances ya que se aplican ampliamente tanto en el diseño como en la operación de los procesos químicos.

Marco teóricoEl balance de materia a régimen no permanente es aquel en el que alguna de sus variables cambia con el tiempo. Todos los procesos no estacionarios responden a un mecanismo general que comprende: un estado inicial, flujo de entrada, flujo de salida y una posible diferencia entre la entrada y la salida.

Tablas de resultados experimentalesθ (min) IR % masa

1 1.428 95.8

2 1.413 80.8

3 1.399 66.8

4 1.386 53.8

5 1.375 42.8

6 1.368 35.8

7 1.3605 28.3

8 1.355 22.8

9 1.349 16.8

10 1.349 16.8

11 1.346 13.8

12 1.344 11.8

Tablas de resultados calculados

Cuestionario 1.- Mostrar las corrientes de flujo en un diagrama que describa el proceso de mezclado

2.- Observe el proceso que ocurre en el interior del mezclador, identificando lo que permanece constante y lo variable.

Varía la concentración del MEG en el mezclador, se mantiene constante el % volumen de la bomba.

3.- Con los datos experimentales determinar lo que se indica en relación al mezclador en la siguiente tabla 3.

tiempofracción masa

MEG conc. MEG (g/ml)masa

MEG(g)1 0.958 0.444753946 95.82 0.808 0.375116063 80.83 0.668 0.310120706 66.8

Mezclador

MEG

H2O

Residuos

4 0.538 0.249767874 53.85 0.428 0.198700093 42.86 0.358 0.166202414 35.87 0.283 0.131383473 28.38 0.228 0.105849582 22.89 0.168 0.077994429 16.8

10 0.168 0.077994429 16.811 0.138 0.064066852 13.812 0.118 0.054781801 11.8

4.- En función de que variables del proceso se determina que el proceso mezclado es a régimen no permanente

En función de la concentración y el tiempo

5.-Con los datos de la tabla 3 hacer una gráfica de la concentración de MEG vs Tiempo

0 2 4 6 8 10 12 140

0.050.1

0.150.2

0.250.3

0.350.4

0.450.5

Concentración MEG vs tiempo

conc. MEG

6.-Considerando el signo, indicar el significado físico de la pendiente y las unidades que le corresponden

Va disminuyendo la concentración del MEG respecto al tiempo.

7.- Con referencia al diagrama del punto No. 1 del cuestionario plantear:

a) La ecuación general de balance de materia

Entradas=Salida+Acumulación

Salida=−Acumulaci ón

Salida=dCdt

b) La ecuación de balance por componente para MEG. Y con ésta determinar la concentración de MEG para cada tiempo del experimento anotando resultados en la siguiente tabla 4

Balance total:

d (ρV )dt

=E−S

d ( ρV )dt

=E−ρSv

Balance MEG: d (⍵i

s ( ρV ))dt

=−⍵is S

Si M= ρVPero S=ρsSv

d (⍵isρ s)Vdt

=−⍵isρi Sv

Si C = ⍵isρ s

dCvdt

=−CSv

∫ dCC =−SvV ∫dt

Ln C = - SvV t + k

C = Ke−FvV

t

T = 0 ; C = CoCo = K

C = Coe−FvV

t

tiempocon. Exp (g MEG/ml) conc. Calc.

1 0.4447539460.44316014

2

2 0.3751160630.37243237

6

3 0.3101207060.30679862

7

4 0.2497678740.24620683

6

5 0.1987000930.19516524

6

6 0.1662024140.16266069

5

7 0.1313834730.12812294

6

8 0.1058495820.10285282

2

9 0.0779944290.07551470

5

10 0.0779944290.07524409

3

11 0.0640668520.06158615

6

12 0.0547818010.05247191

4

8.- Con la ecuación de balance plateada en el inciso b, con la información de la tabla 3 y con la gráfica del inciso 5 determine la masa de MEG y de agua que hay en el mezclador en el minuto 2, 6 y 11.

9.- En función de los resultados del inciso anterior, si existen diferencias hacer un análisis para explicar la razón por las que se dan.

Si hay grandes diferencias, disminuye la masa respecto a los minutos transcurridos. Esto sucede porque al diluir con agua, la concentración del MEG disminuye, hasta que llega un momento en que es más agua que MEG.

Conclusiones En este caso se utiliza un modelo diferencial debido a que la acumulación con respecto al tiempo

no es constante.

Como muestra la grafica conforme haya un cambio en el tiempo la concentración del MEG en la

corriente de salida disminuirá, por lo tanto, la acumulación aumentara.

La pendiente en la grafica masa MEG vs tiempo nos muestra físicamente que la concetración del

MEG irá disminuyendo a lo largo de un tiempo más grande.