Table Of ContentRaúl Monsalvo Vázquez
Ma. del Rocío Romero Sánchez
Ma. Guadalupe Miranda Pascual
Graciela Muñoz Pérez
Balance de materia
y energía
PPrroocceessooss iinndduussttrriiaalleess
Balance de materia
y energía.
Procesos industriales
Balance de materia
y energía.
Procesos industriales
Raúl Monsalvo Vázquez
Ma. Guadalupe Miranda Pascual
Ma. del Rocío Romero Sánchez
Graciela Muñoz Pérez
Instituto Politécnico Nacional
PRIMERA EDICIÓN EBOOK
MÉXICO, 2014
GRUPO EDITORIAL PATRIA
Dirección editorial: Javier Enrique Callejas
Coordinación editorial: Estela Delfín Ramírez
Diseño de interiores: Jorge Martínez Jiménez (Seditograf)
Diseño de portada: Eleazar Maldonado San Germán
Ilustraciones: Tomás Miranda Lara/Arturo D. Ramírez
Revisión técnica
Dra. Lourdes Delgado Núñez
Profesora-Investigadora
Departamento de Energía
Universidad Autónoma Metropolitana-Azcapotzalco
Mtra. Irma Delfín Alcalá
Profesora-Investigadora
Universidad Nacional Autónoma de México-Reyes Iztacala
Balance de materia y energía. Procesos industriales
Derechos reservados:
© 2014, Raúl Monsalvo Vázquez, Ma. Guadalupe Miranda Pascual, Ma. del Rocío Romero
Sánchez, Graciela Muñoz Pérez.
© 2014, GRUPO EDITORIAL PATRIA, S.A. DE C.V.
Renacimiento 180, Colonia San Juan Tlihuaca,
Delegación Azcapotzalco, Código Postal 02400, México, D.F.
Miembro de la Cámara Nacional de la Industria Editorial Mexicana
Registro núm. 43
ISBN ebook: 978-607-438-895-4
Queda prohibida la reproducción o transmisión total o parcial del contenido
de la presente obra en cualesquiera formas, sean electrónicas o mecánicas, sin
el consentimiento previo y por escrito del editor.
Impreso en México
Printed in Mexico
Primera edición ebook: 2014
Agradecimientos
Raúl Monsalvo Vázquez
Esta obra no sería posible sin la ayuda de un grupo de personas; a ellas corresponde
en gran medida el mérito de mi agradecimiento, entonces vaya mi reconocimiento a
aquellos personajes. Además, a ti Laura, que eres la fuente de inspiración y mejora en
mi vida. Muchas gracias.
María del Rocío Romero Sánchez
Agradezco a mis padres y hermano. A Karina, Miguelito, Vanessa, Juan Antonio, Saúl y
Meche, y un agradecimiento muy especial para Grace.
María Guadalupe Miranda Pascual
Agradezco a la vida, a mi familia, a mis amigos y a mis compañeros y, en especial, a Smid
Santiago Pedro.
Graciela Muñoz Pérez
Les agradezco a mis padres, a mis hermanos y hermanas por estar conmigo; a mis ami-
gos Alejandro y María del Rocío y a mis queridos sobrinos Diego y Karla.
Prefacio
Para los estudiosos y los interesados en la naturaleza y el desarrollo de los procesos in-
dustriales resulta fundamental conocer los principios básicos relacionados con el balance
de masa, ya que en la actualidad todas las industrias ponen en práctica los principios
elementales de los cambios de la materia en su recorrido: desde la materia prima hasta la
obtención del producto, el cual debe cumplir con las características y los requerimientos
necesarios que lo hacen útil para el consumidor final. Hoy en día, la necesidad de que el
profesional y toda persona vinculada con los procedimientos industriales conozcan y en-
tiendan estos temas, hace imperiosa la necesidad de proporcionar una obra completa que
incluya una adecuada diversificación de contenidos que deben conocer y manejar; de este
modo, en los primeros cinco capítulos de este libro se abordan y se analizan la naturaleza,
las características y la importancia de los diferentes tipos de empresas o industrias que
existen actualmente; así como también se hace un análisis de la importancia del sistema
internacional de unidades, cuyo uso se ha extendido en todo el mundo y ha adquirido una
gran importancia en la globalización presente; asimismo se estudian temas importantes
que desarrollan la habilidad de cálculo de propiedades de la materia, se incluye la mezcla
de materiales en fluidos con y sin reacción y se estudian las propiedades termodinámicas
consideradas en estos sistemas
En esta obra también se presentan aspectos relacionados con las operaciones y los
procesos unitarios principales, dando un repaso a los conceptos, aparatos y dispositivos
usados, asimismo se proponen problemas relacionados con estos tópicos, los cuales involu-
cran el balance de la masa y la energía en los procesos industriales. Por último, se desarrolla
el tema de soluciones, en los que se ejemplifican casos comunes de cuando se involucran
mezclas de sustancias.
Con el fin de ejemplificar la solución a problemas comunes relacionados con el ba-
lance de materias y energía, en todos los capítulos se han agregado problemas resueltos
que muestran, paso a paso, la metodología propuesta para resolver éstos; asimismo, se
han incluido problemas propuestos para que el lector utilice la metodología propuestas
para encontrar la su solución y, al final de cada capítulo, se incluye una sección en la que
se presentan temas de actualidad, cuya finalidad es presentar casos actuales, y reales, en
los cuales se puedan aplicar los conceptos desarrollados en cada capítulo.
En conclusión, esta obra se ha diseñado como un curso introductorio a la trans-
ferencia de masa y a las operaciones y procesos unitarios que se interrelacionan con la
materia. Con la exposición de la teoría necesaria y la inclusión de problemas resueltos
y problemas de aplicación, este material puede utilizarse como libro de texto básico o
como libro de consulta, o bien como un muestrario de problemas para los cursos rela-
cionados con los procesos industriales.
Por el gran valor que posee en sí mismo y porque es el resultado del esfuerzo coti-
diano de un grupo de académicos de la Unidad Profesional Interdisciplinaria de Inge-
niería, Ciencias Sociales y Administrativas del Instituto Politécnico Nacional, es muy
satisfactorio presentar este libro a los interesados en el balance de masa y energía y en
los procesos industriales.
Como todo trabajo, esta obra es susceptible de ser mejorado, por lo que agradece-
mos de antemano las observaciones y las recomendaciones que pueda hacer a esta obra
con el fin de mejorarla.
Los autores
Contenido
Capítulo 1 Introducción a los procesos industriales ............ 1
1.1 La empresa y su clasificación ........................................................................... 1
1.2 Diagrama conceptual de una empresa industrial .............................................. 7
1.3 Materias primas, producción industrial
y necesidades humanas .................................................................................... 12
1.4 Los procesos industriales ................................................................................. 15
1.4.1 Nivel laboratorio ................................................................................... 16
1.4.2 Nivel piloto ............................................................................................ 16
1.4.3 Nivel productivo ................................................................................... 16
1.4.4 Investigación de mercado ...................................................................... 19
1.4.5 Selección del proceso ............................................................................ 19
1.4.6 Determinación del costo de un producto ............................................... 19
1.5 Importancia de las variables de proceso
en los balances de materia y energía ................................................................. 21
1.6 Actividades y problemas .................................................................................. 25
1.7 Cuestionario ..................................................................................................... 27
1.8 Actividad propuesta ......................................................................................... 28
1.9 Resumen ........................................................................................................... 29
1.10 Tema de actualidad .......................................................................................... 29
1.11 Bibliografía ....................................................................................................... 36
Capítulo 2 Sistemas de unidades y sistema
internacional de unidades .................................... 37
2.1 Antecedentes generales .................................................................................... 37
2.2 Sistema Internacional de unidades ................................................................... 41
2.3 Unidades básicas y derivadas ........................................................................... 42
2.4 Múltiplos y submúltiplos de unidades ............................................................. 44
2.5 Unidades que no son del SI ............................................................................. 46
2.6 Conversión de unidades .................................................................................. 48
2.7 Cifras significativas .......................................................................................... 52
2.8 Recomendaciones para la escritura de las unidades del SI ................................ 53
2.9 Metodología para resolver problemas de conversión de unidades .................... 56
2.10 A plicación de la metodología para resolver problemas de conversión
de unidades ...................................................................................................... 56
2.11 Actividad propuesta ......................................................................................... 60
2.12 Problemas ......................................................................................................... 62
2.13 Tema de actualidad .......................................................................................... 64
2.14 Bibliografía ....................................................................................................... 66
Capítulo 3 Conceptos básicos usados en los procesos
industriales y en la mezcla de gas
sin reacción ......................................................... 67
3.1 Conceptos básicos............................................................................................ 67
3.2 Temperatura y escalas de temperaturas ............................................................ 68
