Post on 04-Dec-2015
description
• Para cualquier sistema
• Para un sistema en estado estacionario
Ley de Conservación de Energía
sistemadel
saleque Energía
sistemaal
entra que Energía
sistemael en
usada Energía
sistemael en
generada Energía
sistemadel
saleque Energía
sistemaal
entra que Energía
sistemael en
nAcumulació
2
Balance de Energía
• Para un sistema cerrado y sin reacción
• Sistema de flujo
12
2
1
2
2
12
2
zzE
gE
UUU
p
c
scp WQEEUE
+Q
-Q
+Ws
-Ws
scp WQEEHE
Proceso
3
Balance de Energía
• Calor es un potencial térmico que fluye de un punto de alta
temperatura a otro de baja temperatura
• Calor sensible
– Energía absorbida o cedida por un
sistema sin que exista cambio de
fase
2
1
T
TpdTmCQ mQ
• Calor latente
– Cantidad de calor absorbido o
cedido por la masa de un sistema
durante el cambio de fase a
temperatura y presión constante
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Problemas 1
• Dos corrientes de aceite se mezcla en un proceso continuo en las condiciones
mostradas .
– Determine la temperatura al final del proceso
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F1= 50 kg/minT1= 5°C
F2= 100 kg/minT2= 26°C
Q= 5000 kcal/min
T3= ?
Separación
Un corriente de entrada y múltiples corrientes de salidas
Fentrada
Fp1
Fp2
21 ppentradaFFF
±Q
QEEEppentrada
21
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• Una mezcla líquida equimolar de benceno y tolueno a 10°C se alimenta en
forma continua a un recipiente en el cual la mezcla se calienta a 50°C. El
producto líquido contiene 40% de benceno y producto en vapor contiene 68.4%
de benceno.
• ¿Cuánto debe transferirse a la mezcla por gmol de alimentación?
Problema 2
Evaporador
Vapor
Líquido
Medio de calentamiento
Alimentación
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Secador
Fentrada
AlimentaciónFproducto
producto
Fw
agua/solvente evaporado
wproductoentradaFFF
Q
9
QEEEwproductoentrada
Problema 3
• 100 mol/h de hexano líquido a 25°C y 7 bar se vaporizan y calientan a presión
constante. Despreciando el efecto de la presión sobre la entalpía estime la
velocidad a la cual debe suministrarse el calor.
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Fentrada
AlimentaciónFproducto
producto
Fw
agua/solvente evaporado
Q
Extracción
A + B
S
A + B
S + B
A – Alimentación; B – soluto; S – solvente de extracción
E1
Alimentación
Solvente
Refinado
Extracto
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Problema 4
• Calcule la cantidad de calor que se proporciona en una caldera para producir
1500 kg/h de vapor saturado a 10 atm a partir de agua a 15°C. Suponiendo
que la caldera tiene una eficiencia del 90%.
• Calcule los HP de la caldera
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Problema 5
• Para calentar un reactor se usa vapor saturado a 250°C el cual entra a la
chaqueta que rodea el reactor y sale condensado. La reacción absorbe 1000
kcal/kg de material en el reactor. Las pérdidas del calor son de 5000 kcal/h.
• Los reactivos se colocan en el reactor a 20°C y salen a 100°C. Si la carga está
constituida por 325 kg de material y tanto productos como reactivos tienen una
capacidad calorífica media de 0.78 kcal/kg-°C.
• ¿Cuántos kg de vapor de agua se requerirán por kg de carga? Supóngase que la
carga permanece en el reactor durante 1 hora.
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Problema 6
• Los gases de combustión procedentes de una chimenea se enfrían desde 500°C
hasta 70°C a la presión de 1 atm.
• ¿Cuánta cantidad de calor podría extraerse por kg de gas manejado si éste tiene
la composición de 10% CO2, 15.0% H2O y el resto N2?
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Condensado
GasesT1= 500°C
GasesT2= 70°C
• Calcule el trabajo por minuto requerido para bombear 1 lb de agua por minuto
de 100 psia y 80°F a 1000 psia y 100°F. La corriente de salida esta a 10 ft por
encima de la corriente de entrada.
Problema 7
h= 10 ft
P2= 1000 psiaT2= 100°F
P1= 100 psiaT1= 80°F
W= ?
Q= ?
• Una turbina se instala entre una línea de alimentación a 1800 psia y 250°F y la línea de salida a 800 psia y 80°F, debido al pobre aislamiento la turbina pierde 25 BTU/lb de calor.
• Las condiciones termodinámicas de la línea de salida de la turbina y de la válvula de estrangulamiento se pueden encontrar en un diagrama de fase para el CO2
• Determine el trabajo útil generado en la turbina
• La salida de la turbina entra a la válvula (no perfectamente aislada) y sale a 140 psia y 30% líquido. Hallar la temperatura
Problema 8
CO2
T1= 250°FP1= 1800 psia
CO2
30% líquidoP2= 140 psia
CO2
T12= 80°FP12= 800 psia
Q= -25 BTU/lb
Balance de Energía
• Sistemas reactivos
• Moles que quedan en el sistema luego de la reacción
• Calor reacción estandar
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reacción la de avancennnrxj
jiii:
..0,,0
react
ifi
prod
ifi
i
ifirx HHHH ,,,
0
Balance de Energía
• Una o más de una reacción (para el reactor)
• Una sola reacción
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2
1
,,
0
T
T
P
react
ifi
prod
ifirx
j
j
dTmCH
HHHH
react
ifi
prod
ifirx HHHH ,,
0
• Un convertidor catalítico producir SO3 a partir de SO2 de acuerdo a la reacción
• La unidad está aislada y las pérdidas de calor son despreciables. Se sabe que la
corrosión se puede reducir considerablemente si la temperatura de la descarga
se mantiene a 400°C.
• Determine la carga de calor del enfriador del convertidor
Problema 9
T1= 400°C T2= 400°C
gmolkJHSOgOgSO rx /28.98)()( 3221
2
Componente Entrada Salida
SO2 8.0 6.4
SO3 1.6
O2 11.0 7.8
N2 82.8 82.8
• El balance de energía se reduce a:
• Desarrollando la ecuación se llega a:
• No considerar la entalpía de formación del inerte N2
Problema 9
tesreacproductos HHQ tan
fase de cambio al asociado Entalpía
dTCn
dTCndTCndTCndTCn
HnHnHnHH
in
ref
in
ref
in
refout
ref
out
ref T
T p
T
T p
T
T pT
T p
T
T p
fffinout
4,4
2,21,1
4,43,3
1,12,23,3