Balance de materia orientado a procesos

El objeto fundamental de la ingeniería química son los procesos de transformación. Estos procesos comprenden modificaciones de índole física y química de materias primas e insumos con el fin de convertirlos en productos que, por lo general, son materiales intermedios valiosos en la cadena de la compleja industria química. Así pues, los procesos están conformados por unidades o equipos, en los cuales tienen lugar cambios físicos o químicos. Los primeros, como el calentamiento, la evaporación, la destilación, la cristalización y la centrifugación se denominan operaciones unitarias; los segundos, en los que se modifica químicamente la composición de la materia, se llaman procesos unitarios; entre ellos están la combustión, la hidrogenación, la oxidación, la sulfonación y la esterificación.

Ahora bien, el balance de materia es el primer paso metodológico para definir un proceso o, dicho de otra manera, para determinar las magnitudes físicas de las corrientes comprometidas, ya sea con propósitos de apreciación, diseño, evaluación o para la realización de estudios de optimización. Como fin práctico inmediato, el balance de materia provee la información necesaria para describir por medio de expresiones matemáticas la relación entre las variables asociadas con las cantidades de materia de entrada y salida de un proceso. En una etapa más avanzada, el balance de materia hace parte de una herramienta de análisis de procesos que establece la incidencia que tienen los cambios de las condiciones de las corrientes (flujo, concentraciones, entre otras) en las características de los equipos, sus condiciones de operación y los requerimientos para el control de procesos. Por otro lado, el curso de Balance de Materia permite una familiarización con la naturaleza y propósito de las operaciones y procesos más frecuentes en la industria, genera la habilidad para asimilar la interacción de las corrientes en los procesos y promueve la capacidad del estudiante para interpretar la información y aplicarla para la correcta elaboración de las expresiones de balance y su posterior resolución.

Entre la bibliografía especializada en el balance de materia no es fácil encontrar un texto que desarrolle el aprendizaje del balance enfocado hacia los procesos; por lo tanto, dicha situación propició la creación de esta obra. Además, este libro fue elaborado como material complementario para estudiantes del curso Balance de Materia. Sin que su separación sea condicionante, se incluyeron los temas correspondientes a un curso de un programa curricular relacionado con procesos de transformación de la materia. También se asume la modalidad de desarrollar los temas “entrando en materia”, esto es, prescindiendo de una extensa explicación previa; no obstante, cuando se estimó necesario, se incluyó un breve soporte explicativo, para asegurar que el estudiante cuente con la información que contextualiza cada episodio de cálculo. Como se mencionó, se considera que este curso hace parte de un programa curricular, por lo que no se dedica ningún espacio a las técnicas de manejo y solución de los sistemas de ecuaciones por métodos numéricos o a los recursos disponibles en las herramientas informáticas corrientes.