Balance de materia en un secador de sólidos

Por Daniel · Actualizado el 1 de noviembre de 2026

Los secadores, evaporadores y cristalizadores se resuelven casi siempre con un «componente de enlace»: una sustancia que pasa completa de una corriente a otra. Aquí son los sólidos secos, que no se evaporan, y por eso su flujo conecta la alimentación con el producto.

Enunciado

Se secan 1,000 kg/h de sólidos húmedos con 60 % de agua en masa hasta dejar 10 % de agua. ¿Cuánto producto seco sale y cuánta agua se evapora?

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Solución paso a paso

1. Diagrama de flujo

2. Datos, unidades y notación

Notación:

ṁ_i,F = flujo másico del componente i en la corriente F (kg/h).
ṁ_F = Σ_i ṁ_i,F (kg/h).

3. Análisis de grados de libertad

Subsistema	Variables	Balances	Datos y relaciones	GL
Secador S1	5	2	3	0
Sistema completo	5	5 ecuaciones		0

GL = variables − balances independientes − datos y relaciones. Las variables son los flujos de cada componente en cada corriente, más grados de avance, fracciones de división, Q, W y temperaturas desconocidas. Con GL = 0 el problema está completamente especificado. Se empieza por el subsistema con GL = 0.

4. Ecuaciones planteadas

Dato · A ṁ_A = 1,000 kg/h
Dato · A ṁ_H2O,A = 0.6 ṁ_A
Dato · P ṁ_H2O,P = 0.1 ṁ_P
Balance · S1 ṁ_SOL,P = ṁ_SOL,A
Balance · S1 ṁ_H2O,P + ṁ_H2O,V = ṁ_H2O,A

5. Solución paso a paso

Corriente A: 2 ecuaciones simultáneas: ecuaciones (1), (2), resueltas a la vez (Newton-Raphson, 2 iteraciones). ⇒ ṁ_SOL,A = 400 kg/h
⇒ ṁ_H2O,A = 600 kg/h
De la ecuación (4): ṁ_SOL,P = (400) ⇒ ṁ_SOL,P = 400 kg/h
De la ecuación (3) ⇒ ṁ_H2O,P = 44.444 kg/h
De la ecuación (5): (44.444) + ṁ_H2O,V = (600) ⇒ ṁ_H2O,V = 555.56 kg/h

6. Resultados

Componente	kg/h	Fracción másica
SOL	400	0.4
H₂O	600	0.6
Total	1,000	1

Componente	kg/h	Fracción másica
SOL	400	0.9
H₂O	44.444	0.1
Total	444.44	1

Componente	kmol/h	Fracción molar	kg/h	Fracción másica
H₂O	30.838	1	555.56	1
Total	30.838	1	555.56	1

7. Verificación (entra + genera = sale)

Equipo	Balance	Entra	Sale	Error
Secador S1	Balance de SOL	400	400	✓ 3.1 × 10^-10 %
Secador S1	Balance de H₂O	600	600	✓ 6.9 × 10^-11 %
Secador S1	Masa total	1,000	1,000	✓ 8.3 × 10^-11 %

Tolerancia: error relativo menor a 1 × 10^-4 %. Todos los balances cierran.

Claves del problema

Sólidos secos que entran = 0.40 × 1,000 = 400 kg/h, y todos salen en el producto.
En el producto los sólidos son el 90 %: producto = 400 / 0.90 = 444.44 kg/h.
Agua evaporada = 1,000 − 444.44 = 555.56 kg/h.
Los sólidos se definen como componente propio sin masa molar, así que el problema se resuelve en base másica.

Errores comunes

Restar porcentajes: «de 60 % a 10 % se va el 50 % de 1,000 kg/h, o sea 500 kg/h». Es incorrecto porque el 10 % se refiere al producto, no a la alimentación.
Suponer que el producto pesa lo mismo que los sólidos secos: todavía lleva 10 % de agua.

Preguntas frecuentes

¿Qué es un componente de enlace?

Un componente que entra por una sola corriente y sale por una sola corriente, sin reaccionar. Permite relacionar los flujos de esas dos corrientes de inmediato.

¿Y el aire caliente del secador?

Si te dan su humedad a la entrada y a la salida, se agrega como otra corriente con agua y aire seco; el aire seco sería entonces otro componente de enlace.

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