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Balances de masa y energíA

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BALANCES DE MASA Y ENERGÍA

 

RODRIGO LONDOÑO GARCÍA

 

 

 

 

 

Balances de masa y energía 

corresponde a una determinada cantidad de material procesado o producido, aplicándose, por lo 

general, a procesos intermitentes y denominándose balance integral.   

En este documento se hacen las siguientes consideraciones: 

  Los  términos 

“material  consumido”  y  “material  producido”  se  aplican  en  aquellos  casos 

donde hay reacciones químicas. 

  Todos los cálculos se hacen sobre procesos estacionarios o en régimen permanente y, por 

ello,  el  término  acumulación  siempre  vale  cero,  porque  en caso contrario  la  cantidad de 

materia en el sistema cambia con el tiempo. 

 

1.4  SUGERENCIAS  PARA  RESOLVER  PROBLEMAS  DE 

BALANCES DE MATERIA 

 

El procedimiento que se indica a continuación es una sugerencia, pues lo que se desea es que la 

experiencia en este tema lleve a cada persona a aplicar su propio método para solucionar este tipo 

de problemas.  

Efectuar  un  balance  de  materiales  es  resolver  una  serie  de  ecuaciones  independientes,  las 

cuales pueden ser construidas utilizando diferentes informaciones: balances parciales de masa, 

balance  total  de  masa  y  especificaciones  dadas  o  que  puedan  utilizarse  para  relacionar  las 

variables  (ecuaciones  de  estado  para  los  gases,  densidades,  valor  unitario  de  la  suma  de  las 

fracciones másicas o molares de las soluciones, condiciones específicas del proceso etc.). 

Después de leer y entender el enunciado, se representa el proceso en un diagrama de flujo para 

lo  cual  se  utilizan  rectángulos  o  círculos  que  simbolicen  las  unidades  de  proceso  y  flechas  que 

muestren los flujos y sus respectivos sentidos. 

En  el  diagrama  de  flujo  se  escriben  los  valores  de  las  variables  conocidas  (masas  o  moles  y 

composiciones) y la demás información disponible (presiones, temperaturas, especificaciones de 

proceso),  en  todos  los  casos  usando  las  unidades  adecuadas,  y  deben  aparecer  todas  las 

incógnitas que es necesario calcular (esto se llama etiquetar el diagrama). En la medida en que 

se  van  obteniendo  estos  últimos  valores  pueden  trasladarse  al  diagrama,  el  cual  se  constituye, 

entonces, en una visión del desarrollo del balance de masa en todo momento. 


BALANCES DE MASA Y ENERGÍA

 

RODRIGO LONDOÑO GARCÍA

 

 

 

 

 

Balances de masa y energía 

En muchos casos, conviene expresar todos los datos conocidos en el mismo sistema de unidades 

y no olvidar que los datos volumétricos deben convertirse a másicos o molares ya que no se hacen 

balances en unidades de volúmenes. 

Luego  se  selecciona  una  base  de  cálculo,  la  cual  es  una  cantidad  (en  unidades  másicas  o 

molares) o una unidad de tiempo (hora, mes, año) sobre la cual se hace el balance de materia. 

Esta  base  de  cálculo  puede  ser  un  dato  dado  o  puede  ser  un  valor  supuesto  porque  una  vez 

terminado el balance, éste puede ser escalado, es decir, las cantidades (masas o moles) pueden 

ser multiplicadas todas por cualquier número y el proceso continúa balanceado. En este punto se 

debe tener presente que las composiciones no pueden ser modificadas. Ya debe estar claro que 

las variables de balances de masa son cantidades y composiciones. 

Una vez seleccionada la base de cálculo se hace un conteo de incógnitas y de relaciones entre las 

variables  (ecuaciones  independientes  que  se  pueden  plantear).  La  diferencia 

“número  de 

ecuaciones  independientes  menos  número  de  incógnitas

”  se  denomina  número  de  grados  de 

libertad y para que el balance de masa pueda realizarse el número de grados de libertad debe ser 

cero. Todas las ecuaciones de balance de masa total y balances parciales de masa no constituyen 

en  conjunto  un  sistema  de  ecuaciones  independientes  debido  a  que  la  suma  de  los  balances 

parciales de masa es igual al balance total de masa. Por ello, no se pueden utilizar todos ellos sino 

este número de balances menos uno, lo cual corresponde al número de componentes. 

Finalmente, se escriben las ecuaciones independientes preferiblemente en orden de las de menos 

complejidad  a  las  más  complejas  y  se  resuelve  el  sistema  de  ecuaciones  utilizando  cualquier 

método algebraico, con lo cual termina el proceso de cálculo. Si es necesario, se escala el balance 

a valores previamente requeridos, por ejemplo, cuando se empleó una base de cálculo diferente a 

un valor inicialmente solicitado. 

Generalizando, los pasos sugeridos para cálculos de balances de materia son los siguientes: 

1. Leer y entender el enunciado del problema. 

2. Dibujar y etiquetar el diagrama de flujo del proceso. 

3. Convertir todos los datos al mismo sistema de unidades másicas o molares. 

4. Seleccionar una base de cálculo. 

5. Verificar que el número de grados de libertad sea cero. 

6. Plantear y resolver las ecuaciones independientes de balances de masa y/o especificaciones de 

variables. 

7. Escalar el balance, si se necesita. 



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