2” 3”1”

1”

1 2 3

•Para un sistema mostrado en el gráfico, se tiene circulando un fluido de densidad constante e igual a 55,3 lbm/pie3 .conociéndose que el caudal circulante por la tubería de 3 pulg. de diámetro es de 30 galones/min y la masa circulante a través de las tuberías de 1 pulg. es la misma cantidad. a) ¿cuál es la masa circulante a través de las tuberías 2, 3, 1 pulg. b) determinar la velocidad en dichas tuberías? c) cuál es la velocidad másica de circulación por área en las mismas tuberías?

•Dos corrientes gaseosas entran en un tubo mezclador y salen como una sola corriente mezclada. En las secciones de entrada se conocen los siguientes datos para un gas:

A1 = 648,75 cm2 u1 = 150 m/s

A2 = 312,00 cm2 ٧1 = 0,6 m3/kg

m2 = 27 000 kg/h 2 = 2 kg/m3

Calcular:a) La velocidad u2 en la sección 2 y b) El gasto másico y el área en la sección de

salida. Si u3 = 105 m/s y ٧1= 0,42 m3/kg

12 3

Por una canalización fluye agua con un caudal de 200 L/s. La canalización está constituida por una tubería A de 3” conectada a otra tubería B de 2 ½”, que está provista de una desviación lateral C de 1”. A su vez, la tubería B está conectada con otra tubería D de 1”. Si por las dos tuberías de 1” circula la misma cantidad de agua, calcúlese en cada una de las tuberías:a) el flujo de masa A, B, C y D, en kg/h b) la velocidad lineal media, en m/s c) la velocidad másica, en kg/s.m2 La ρ agua puede ser 1000 kg/m3

A través de un tubo de 2pulg de diámetro fluye a una centrifuga, con velocidad de 40cm/s, leche integral de peso especifico 1,035, dentro de la centrifuga la leche es separada en crema de peso especifico 1,01 y leche desnatada de peso especifico 1,04. Calcúlese las velocidades del flujo de leche descremada y de crema cuando se descargan a través de un tubo de 3/4”.

BALANCE DE MATERIA EN LA VELOCIDAD DE CIRCULACIÓN DE UN FLUIDO

W

xW

M

xM

S

xS

La velocidad de circulación de un fluido puede medirse introduciendo en él una cantidad definida de otra sustancia con la cual sea miscible y cuya concentración puede determinarse fácilmente. La velocidad del fluido primitivo se determina basándose en la cantidad admitida al sistema y en la concentración alcanzada por la mezcla.

•Tratándose de medir una corriente de aire, libre de CO2, se admitió al

sistema una corriente de éste gas a la velocidad de 88 lbm/s. Se tomó una muestra del aire de salida y el análisis dio 1,2% de CO2 en volumen. ¿Cuál

es la velocidad con que circulaba el aire?

•Cloro gaseoso conteniendo 2,4 % mol de O2 fluye a través de una tubería. El flujo de gas se mide introduciendo aire (21% O2) en el mismo a una velocidad de 115 ft3/min

y en una parte más delante de la línea, una vez que el mezclado ha sido completo, se toma una muestra de gas para su análisis. Se determinó que le gas contiene ahora 10,85 % mol de O2. Determinar el flujo de gas inicial por la tubería expresada en

ft3/min. (ρaire= 0,0808 lbm/ft3 ρO2= 0,0892 lbm/ft3 ρCl2= 0,2011 lbm/ft3 )

•En fechas recientes se ha centrado la atención en la contaminación de las aguas de los ríos, sobre todo la contaminación proveniente de las descargas de aguas residuales y desechos industriales. Es muy difícil determinar con precisión qué cantidad de efluente se introduce en el río porque es imposible atrapar y pesar el material, la construcción de vertederos es problemática, etc. Un método que se ha sugerido es agregar ion bromo como trazador a un flujo de aguas residuales dado, dejar que se mezcle bien, y muestrear el flujo una vez que se haya mezclado. En una prueba de la propuesta se añaden 10 libras de NaBr por hora durante 24 horas a un flujo de aguas residuales que prácticamente no contiene bromo. Cierta distancia corriente abajo del punto en que se agregó la sal, un muestreo del flujo de aguas residuales indica una concentración de 0,012% de NaBr. La densidad de las aguas residuales es de 60,3 lbm/ft3 y la densidad del agua del río es de 62,4 lbm/ft3. ¿Cual es la tasa de flujo de las aguas residuales en lbm/min?

•Existen algunas dudas en cuanto a si el dispositivo de medición en una tubería de gas natural (CH4) está operando en forma apropiada. El instrumento indica 14 530 kg/min. Se le pide verificar el flujo inyectando amoníaco gaseoso en la tubería a una velocidad constante y midiendo la concentración de amoníaco en un sitio a 10 km corriente abajo. Una verificación del flujo antes de la inyección de amoníaco no revela trazas detectables de cualquier otra cosa que no sea amoníaco. Para una velocidad constante de inyección de 72,3 kg/min durante 20 min, la concentración de amoníaco corriente abajo convertida a una fracción masa de 0,00382. ¿Está funcionando mal el instrumento para medir el flujo?.

BALANCE DE MATERIA EN LA EVAPORACIÓN

El objetivo de una evaporación es concentrar una solución consistente en un soluto no volátil y un solvente volátil

F

xF

S1

xS

III III

S2

xS

S3

xS

V3V2V1

Alimentación directa

S1

x1

S2

x2

III III

S3

x3

F

xF

V3V2V1

Alimentación en contracorriente

F; xF

S1

x1

III III

S2

x2

S3

x3

V3V2V1

Alimentación mixta

%peso 10 20 40 60

lbm/gal 8,75 9,15 10,8 12,5

•Se desea concentrar 2000 kg de una solución de sacarosa de 10ºBx hasta 40ºBx ¿Cuál es la cantidad de vapor que se debe producir o eliminar para obtener la densidad final?

•Se desea concentrar 10 000 lbm de una solución de NaCl desde 10% en peso hasta 60% en peso en un evaporador de múltiple efecto de 3 etapas en alimentación en corriente directa.Si las soluciones obtenidas del cuerpo I y II deben tener 20% y 40% en peso de NaCl respectivamente ¿determinar la cantidad de solución obtenida de cada cuerpo expresado en galones.

•Una solución de cloruro de sodio al 50% se debe concentrar en un evaporador de triple efecto. En cada efecto se evapora una cantidad igual de agua. Se alimenta al primer efecto 50 000 lb/h de solución de Nacl al 50% en peso y se obtiene 35 000 lb/h de producto que sale del tercer efecto. El vapor circula en contracorriente, de cada efecto el vapor, luego que entrega su calor, se condensa y en recogido en una línea de condensados. Determine la concentración de salida del efecto 2 si los contenidos internos de tal efecto se mezclan de manera uniforme a fin de que la corriente de salida tenga la misma composición que las de los contenidos internos del efecto 2.

V4 V3 V2V1

1 2 3 4

Alimentación Lo=50 000 lb/h

50% azúcar

producto 65% azúcar

X2X3X4

Típicamente se usan los evaporadores para concentrar soluciones, eliminando por ebullición algo del solvente. Para economizar en las necesidades de energía, frecuentemente se efectúa la evaporación en etapas; cada etapa proporciona algo de las necesidades de energía. En la evaporación en etapas múltiples que muestra la figura , se concentra una solución de azúcar con 50% en peso hasta 65% en peso, evaporando cantidades iguales de agua en cada una de las cuatro etapas. Para una alimentación de total de 50000 lb/h determine las concentraciones de las corrientes intermedias.

Un evaporador de cuádruple efecto se está probando con la solución que sale de un proceso de fabricación. De la experiencia se obtuvieron los siguientes datos:

AlimentaciónEfecto

ProductoI II III IV

Sólidos: libras / hora 2830 2830Densidad del licor: lbm/pie3 66,5 67,6 69,9 73,5 85,2 85,2

Composición del licor: lbm agua/lbm sólido

8,21 6,27 4,29 2,68 0,681 0,681

Calcular el número de galones de líquido que entra a cada efecto por hora y el porcentaje de sólidos en cada licor, suponiendo que no hay acumulación ni pérdida de materiales en ningún efecto.

•Se hace pasar, por una serie de 10 evaporadores, agua de mar que contiene 3,50% por peso de sal. En cada una de las 10 unidades se evapora cantidades iguales de agua y después se condensan y mezclan para obtener una corriente de producto de agua dulce. La salmuera que sale de cada evaporador, excepto del décimo, se alimenta al evaporador siguiente. La salmuera que sale del décimo evaporador contiene 5,00% por peso de sal.

1.Calcular el rendimiento fraccionario de agua dulce del proceso: kg de agua recuperada / kg de agua alimentada.2.Calcular el % de sal en la solución que sale del cuarto evaporador.

BALANCE DE MATERIA EN LA OPERACIÓN DE DESTILACIÓN

La destilación representa la separación de los componentes de una mezcla líquida por evaporación, los componentes más volátiles (los de menor punto de ebullición) se concentran en los vapores, mientras que los menos volátiles se acumulan en el residuo

Calor

Condensador

Destilado

D; xD

L

Reflujo

Colas

W; xW

Alimentación

F; xF

V

Vapor

F : alimentación D : destilado W : las colas V: vapor de cabeza y L : reflujo devuelto a la columna y sea. xF, xD y xW las composiciones respectivas de F, D y L, expresadas para un mismo

componente.

Se Desea diseñar una columna de rectificación para separar 20 000 kg/h de una mezcla que contiene 15% mol de etanol y el resto de agua, con objeto de obtener un producto destilado con 90% mol de etanol y unos fondos (colas) finales con 1,5% mol de etanol. Si se utiliza un reflujo (L) de 3,5 kgmol por cada kg mol de destilado. Calcular: a) La cantidad de destilado y de fondos en kg/h b) La cantidad de reflujo y de producto de cabeza en kg/hc) Qué % en peso de etanol que entra en la alimentación se pierde en las colas?

Se destila una corriente F en un sistema como el mostrado en el esquema, compuesto por dos torres de destilación, las cuales tienen inyección directa de vapor de uno de los componentes puros del sistema ternario. El condensado es total. Calcular: a) Flujo y composición total de la corriente que une ambas torres b) Composición total de la corriente W1 c) Caudal y composición total del destilado final d) Caudal de la inyección de vapor de la torre con reflujo e) Relación de reflujo R/D

BC= 100 moles de alimentacòn F PM %mol m %metanol 46 15 690 31.08agua 18 85 1530 68.92 2220

BC= 100 moles de destilado D PM %mol m %metanol 46 90 4140 95.83agua 18 10 180 4.17 4320

BC= 100 moles en las colas W PM %mol m %metanol 46 1.5 69 3.75agua 18 98.5 1773 96.25 1842

S2

ya = 1S1=150 kg/hya = 1

G2=3000 kg/h

G1yc = 0,7ya

yb

F=5000 kg/hxa = 0,2xb = 0,3xc = 0,5

Dxa = 0,01xb

xc

W2=1600 kg/hxa = 0,2xb = 0,45xc W1=2000 kg/h

xa = 0,5xb

xc

Se destila una corriente F en un sistema como el mostrado en el esquema, compuesto por dos torres de destilación, las cuales tienen inyección directa de vapor de uno de los componentes puros del sistema ternario. El condensado es total. Calcular: a) Flujo y composición total de la corriente que une ambas torres b) Composición total de la corriente W1 c) Caudal y composición total del destilado final d) Caudal de la inyección de vapor de la torre con reflujo e) Relación de reflujo R/D

El tren de separación de cuatro unidades que se muestra en la figura ha sido diseñado para separar 1000 moles/h de una alimentación de hidrocarburos que contiene 20% de CH4 , 25% de C2H6 ,40% de C3H8 y el resto de C4H10 (todos los

porcentajes en moles) en cinco fracciones. Con las composiciones en porcentajes en mol indicadas, calcular los flujos de todas las corrientes en el proceso, suponiendo que la recirculación a la unidad I es 50% de los fondos de la unidad II.

5

9

10

8

C1

C2

C3:3%

C1:20%C2:25%C3:40%C4:

11

76

4

3

2

I

II

III

IV

VAlimentación 1

C1

C2:0,5%

C1:1%C2

C3:10%

C2

C3

C4:0,2%

C2

C3

C4C3

C4: 30%

C3:98%C4

C4

BALANCE DE MATERIA EN LA FILTRACIÓN

La filtración es la operación que comprende la separación de las partículas sólidas que se hallan suspendidas en un líquido, haciendo pasar a ésta a través de un medio selector en el cual quedan depositados los sólidos formando una “torta”, que luego es separada del filtro.

Soporte con abertura

Torta de filtrado

Solución lodosa

Tela filtrante o papel

Filtrado

A una masa de fríjol soya molido se agrega hexano y se mezcla fuertemente para extraer el aceite que contiene. Luego la mezcla se filtra, para luego separarla en una solución de aceite y una torta. El análisis de la soya arrojó 18% de aceite, 10% de agua y 72% de fibra, en peso. La torta formada contiene 0,5% de aceite y 20% de hexano. La solución contiene 25% de aceite y 75% de hexano. Cuántas libras de soya y de hexano se requieren para obtener 2500 lbm de aceite en la solución final.

Un filtro prensa contiene 25 marcos que se usarán para filtrar unos precipitados que contienen 15kg de sólidos por 100kg de mezcla de sólidos y líquidos. Las dimensiones interiores de cada marco son de 50cm por 50cm por 2,5cm de grueso. La torta formada en la filtración es incomprensible y contiene 0,7 kg de sólido seco por kg de torta. ¿Cuántos kg de filtrado libre de sólidos pueden obtenerse antes de que el filtro se llene con torta húmeda que tiene una densidad de 1500kg/m³?

2.5 cm.50 cm.

50 cm.

BALANCE DE MATERIALES EN LA OPERACION DE SECADO

BA

H2

H1SECADOR

D

G

F

F2

PF1

A: aire inicial (entrada) F: alimentación B: aire final que abandona el secador (aire saturado) P: producto seco H1; H2: humedad de entrada y salida del aire en base seca F1; F2: humedad de salida y de entrada del material a secar en base a materia seca.

Consiste en eliminar pequeñas concentraciones de humedad (agua) de un material para lo cual usamos en este caso aire. El producto húmedo pierde humedad que es absorbido por el aire de entrada (aire con bajo contenido de humedad). Por lo que agua que pierde el material es igual al agua que gana el aire de entrada. Entonces el % de humedad de F es mayor al % de humedad de P.

Se desea secar pulpa de papel desde 19% en peso de humedad hasta 3% en peso de humedad. Para secar la pulpa de papel se utiliza aire con una humedad en base húmeda de 0,020 kg de agua / kg de aire húmedo . El mismo que debe abandonar el secador con una humedad en base húmeda de 0,025 kg de agua / kg de aire húmedo. ¿Cuántos m3 de aire inicial medidos a 18ºC y 1 atm se requieren para secar 1 tonelada de pulpa de papel.

•Un lote de 100 kg de madera húmeda con 11% en peso de humedad, se seca hasta reducir el contenido de agua a 6,38 kg/100 kg de madera seca. ¿Cuál es el peso de madera “seca” y la cantidad de agua que se elimina?

•Una pulpa de madera húmeda contiene 68% en peso de agua. Después de secarla se determina que se ha eliminado el 55% de agua original de la pulpa. Calcule la composición de la pulpa “seca” y su peso para una alimentación de 1000 kg/min de pulpa húmeda.

BALANCE DE MATERIALES EN LA OPERACIÓN DE EXTRACCIÓN CON SOLVENTE EXTRACCIÓN EN FASE LÍQUIDA

La mezcla de un soluto – con disolvente de alimentación (acetona-agua por ejemplo) se pone en contacto con el disolvente de lavado en un mezclador que proporciona un buen contacto entre las dos fases líquidas. En este paso, la mayor parte del soluto en el flujo de alimentación se transfiere de la fase acuosa a la fase orgánica. La mezcla se transfiere a un tanque de reposo donde las fases se separan y se extraen por separado. La fase rica en el disolvente de la alimentación se conoce como residuo y la fase rica en el disolvente de lavado es el extracto.

EXTRACTO

Materia útil y solvente

SUSTANCIAMateria útil y materia inerte

SOLVENTE (pequeñas proporciones de materia útil)

MATERIA INERTE

SOLUCIÓNMateria útil

Solvente

EXTRACTOR

y2 = masa materia útil / masa del solvente y1 = masa materia útil / masa de solución

x2 = masa materia útil / masa de materia inerte

x1 = masa materia útil / masa de materia inerte

L

SF

Se desea extraer la cera de una sustancia cuya concentración es de 8% en peso para reducirla a 0,5% en peso de cera, para la extracción se emplea solvente con 0,2% en peso de cera, el extracto que se obtiene debe tener 5% en peso de cera. ¿cuántos kilos de solvente inicial se deben emplear para tratar 10 000 kg de materia alimentada al extractor.

BALANCE DE MATERIALES EN LA ABSORCIÓN DE GASES S

G

EF

Disolvente

Se trata 1000 kg de una mezcla gaseosa cuya composición es 20% en peso de A, 30% en peso de B; 20% de C y 30% de D; con 2000 kg de líquido disolvente, en una torre rellena de absorción, obteniéndose un gas pobre cuya composición es de 20% en peso de a, 40% en peso de B, 10% en peso de C y 30% en peso de D, como resultado de la absorción se logra que los gases disueltos en la solución obtenida representa el 20% en peso. Determine la composición de los gases disueltos en la solución obtenida, considerando que el disolvente no se evapora.

Los gases secos provenientes de una combustión contienen en volumen: 22% de SO2, 8% de O2 y 70% de N2. Estos

gases se ponen en contacto con una solución acuosa de carbonato de sodio lográndose absorber el 75% del SO2

contenidos en ellos. A la vez que se produce la absorción del SO2, se evapora una fracción del agua de la solución, por lo que los gases residuales salen del sistema conteniendo 10% de agua en volumen. ¿Qué composición tienen los gases residuales?

BALANCE DE MATERALES EN LA CRISTALINIZACIÓN

Es una operación líquido-sólido, donde se tiene una solución saturada de sólido a una temperatura determinada. Se tiene en cuenta la solubilidad en función de la temperatura

CRISTALIZADORSolución saturada inicialSolución saturada Final

cristales

FP

R

Un tanque maneja 10 000 kg de una solución saturada de NaHCO3 a 60°C . desea

cristalizar 500 kg de NaHCO3 de ésta solución ¿a qué temperatura se tiene que enfriar ésta

solución?

Temperatura, (°C) 60 50 40 30 20 10

Solubilidad: g de NaHCO3/100 g de H2O 16,4 14,45 12,7 11,1 9,6 8,15

Balance de materia en estado estacionario con reacciones químicas

Reactivo limitante (RL): Reactivo que está presente en una proporción menor a la

estequimétrica en relación con los demás reactivos. Se agota cuando una reacción procede hasta completarse. Los demás reactivos están en exceso (Reactivo en exceso). Pero si los reactivos entran al reactor en proporciones estequimétricas y considerando la conversión total, todos reaccionan y se convierten en productos.

(nA) exceso = (nA) alimentados - (nA) estequimétricos.

fracción de exceso = (nA) exceso /(nA) esteq

Fracción de conversión de un reactivo : f = moles que reaccionaron / moles alimentados

Fracción de conversión total = masa(moles) de reactivo en la alimentación fresca – masa(moles) de reactivo en la salida del proceso global. Masa(moles) de reactivo en la alimentación fresca

Fracción de conversión de un solo paso = masa(moles) de reactivo en el reactor – masa(moles) de reactivo que sale del reactor Masa(moles) de reactivo en el reactor

Rendimiento = moles formados del producto deseado / moles que se hubieran formado si no existieran reacciones secundarias y todo el RL reaccionara

Para una sóla reacción y producto, es el peso o moles del producto final dividido entre peso o moles del reactivo inicial

Se tiene la siguiente reacción:

C2H2 + 2H2 C2H6

Si se carga a un reactor Bach 20kmol de acetileno, 50.0 kmol de etano y 50 kmol de H2 y transcurrido

un tiempo han reaccionado 30 kmol de H2 ¿Qué cantidad de cada reactivo habrá en el reactor en ese

instante?•Ciertas baritinas formadas por 100% de BaSO4 se funden con carbón en forma de coque que contiene 6% de

cenizas (las cuales son infundibles). La composición de la masa de fusión es: BaSO4, 11,1%; BaS 72,8%; C

13,9%; cenizas 2,2%BaSO4 + C BaS + CO

Encontrar el reactante en exceso, el porcentaje de exceso de reactivo y el grado de avance de la reacción.•Ciertas baritinas que contienen sólo BaSO4 y material infusible, se funden con un exceso de carbonato de

sodio anhidro puro. En un análisis de la masa de fusión se encontró que la masa contiene 11,3% de BaSO4;

27,7% de Na2SO4 y 20,35% de Na2CO3. El resto era carbonato bárico y material infusible.

BaSO4 + Na2CO3 BaCO3 + Na2SO4

Encontrar el porcentaje de conversión del sulfato bàrico a carbonato y el análisis completo de la masa de fusión.

•Ciertas baritinas formadas por 100% de BaSO4 se funden con carbón en forma de coque que contiene 6%

de cenizas (las cuales son infundibles). La composición de la masa de fusión es: BaSO4, 11,1%; BaS 72,8%;

C 13,9%; cenizas 2,2%BaSO4 + C BaS + CO

Encontrar el reactante en exceso, el porcentaje de exceso de reactivo y el grado de avance de la reacción.

•Ciertas baritinas que contienen sólo BaSO4 y material infusible, se funden con

un exceso de carbonato de sodio anhidro puro. En un análisis de la masa de fusión se encontró que la masa contiene 11,3% de BaSO4; 27,7% de Na2SO4 y

20,35% de Na2CO3. El resto era carbonato bárico y material infusible.

BaSO4 + Na2CO3 BaCO3 + Na2SO4

Encontrar el porcentaje de conversión del sulfato bàrico a carbonato y el análisis completo de la masa de fusión.

BALANCE DE MATERIA EN EQUIPO MÚLTIPLE

•Las fresas contienen alrededor de 15% de sólidos y 85 % de agua. Para preparar mermelada de fresa, se mezclan las fresas trituradas de azúcar en una relación de 45:55 y la mezcla se calienta para evaporar el agua hasta que el residuo contiene una tercera parte de agua en masa. Dibuja el diagrama de flujo de este proceso y calcule cuantas libras de fresas se necesitan para producir una libra de mermeladas.

•En la producción de aceite de frijol, que contiene 13% por peso de aceite y 87% de sólidos, se muelen las semillas y se alimentan a un tanque con agitación ( el extractor) junto con una corriente de recirculación de n-hexano líquido. La proporción de alimentación es de 3 kg de hexano/ kg de frijol. Las semillas molidas se suspenden en el líquido y casi todo el aceite de èsta se extrae con hexano. El efluente del reactor pasa a un filtro. La torta de filtración contiene 75% por peso de sòlidos de frijol y el resto de aceite de semilla y hexano, éstos dos últimos en la misma proporción a la cual emergen del extractor. La torta de filtración se desecha y el filtrado líquido se alimenta a un evaporador con calentamiento, en el cual se vaporiza el hexano y el aceite permanece como líquido. El aceite se almacena en tambores y se embarca. A continuación se enfría y se condensa el vapor de hexano y el condensado de hexano líquido se recircula el extractor.a) Cuál es el rendimiento obtenido de aceite de frijol (kg de aceite / kg de frijol alimentado)b) La alimentación necesaria de hexano fresco ( kg de n-hexano/ kg de frijol alimentado)c) La relación entre la recirculación y la alimentación fresca ( kg de hexano recirculado/ kg de alimentación fresca)

•En la figura se muestra un diagrama de flujo simplificado de la fabricación de azúcar. La caña de azúcar se alimenta a un molino donde se extrae jarabe por trituración; el bagazo resultante contiene un 80% de pulpa. El jarabe (E) que contiene fragmentos finamente divididos de pulpa se alimenta a una malla que separa toda la pulpa y produce un jarabe transparente (H) que contiene 15% de azúcar y un 85% de agua en peso. El evaporador produce un jarabe pesado y el cristalizador produce 800 kg/h de cristales de azúcar. Determinar:

a) El agua eliminada en el evaporador.b) Las fracciones de masa de los componentes del flujo de deshecho (G)

Fc ) Determine la tasa de alimentación de caña de azúcar a la unidad en Ib/hd) Del azúcar que entra con la caña, ¿que porcentaje se pierde con el bagazo?

J agua

L agua

M (azúcar)800 kg/h

K 40% azúcar

H

15% azúcar

E

13% azúcar14% pulpa

MOLINO MALLA EVAPORADOR

CRISTALIZADORF(caña)

16% azúcar25% agua59% pulpa

D (bagazo)80% pulpa

Sólidos G que contienen 95%

de sólidos

BALANCE DE MATERIA RECIRCULACIÓN

Un material que contiene 1,562 lbm de agua por libra de material seco ha de secarse hasta 0,099lbm por cada libra de material seco, se pasa por el secador 52,5 lbm de aire seco, que sale con una humedad en base seca de 0,0525. El aire nuevo se suministra con una humedad en base seca de 0,152. calcúlese la fracción de aire recirculado.

Un sólido contiene 45% en peso de agua, se seca con aire hasta reducir su humedad al 7%. La alimentación de aire fresco contiene 0,01 kg H2O / kg de

A.S. la corriente de recirculación 0,1 kg H2O / kg A.S. y el aire que entra al

secadero es 0,03 kg H2O/kg A.S. Cuántos kilogramos de aire recirculan por

cada 100 kg de sólidos de alimentación y cuánto aire fresco se recircula?

•El jugo de naranja fresco contiene 12.0% en peso de sólidos y el resto de agua; mientras el jugo de naranja concentrado contiene 42% de sólidos. Se utilizó inicialmente un solo proceso de evaporación para concentrar el jugo, pero los componentes volátiles escaparon con el agua dejando al concentrado sin sabor. El siguiente proceso resuelve este problema: se realiza una desviación del evaporador con una fracción del jugo fresco; el jugo que entra al evaporador se concentra hasta que tiene 58% de sólidos, y el producto se mezcla con el jugo fresco desviado para alcanza la concentración final de sólidos deseada.Calcula la cantidad de jugo concentrado producido por cada 100 kg del jugo fresco que alimenta el proceso y la fracción de la alimentación que se desvía del evaporador.

ENERGÍA Y BALANCE DE ENERGÍA

Energía cinética (Ek):

El agua fluye hacia una unidad de proceso a través de una tubería de 2 cm de DI a una velocidad de 2 m3/h. Calcule la Ėk para esta corriente en J/s.

Energía potencial (Ep):

220m

20m

•Se bombea petróleo crudo a una velocidad de 15 kg/s desde un pozo de 220 m de profundidad a un tanque de almacenamiento que está a 20 m por encima del nivel del suelo. Calcula la velocidad de aumento de energía potencial que acompaña el proceso.

•Energía interna (U): Energía debido al movimiento de las moléculas con respecto al centro de masa del sistema, al movimiento rotacional y vibracional, y a las interacciones electromagnéticas de las moléculas, y al movimiento e interacciones de los constituyentes atómicos y subatómicos de éstas últimas.Sistema cerrado: No hay transferencia de masa a través de sus fronteras mientras se efectúa el proceso.

La energía puede transferirse entre un sistema de este tipo y sus alrededores de dos formas:•En forma de calor (Q): Energía que fluye como resultado de la diferencia de temperatura entre el sistema y sus alrededores. La dirección de flujo siempre es de la temperatura más alta a la más baja. El calor se define como positivo cuando se transfiere de los alrededores al sistema.• Como trabajo (W): Energía que fluye en respuesta a cualquier fuerza impulsora que no sea una diferencia de temperatura, como una fuerza, un torque, o un voltaje. Por ejemplo un gas se expande entro de un tanque, el gas realiza trabajo sobre el pistón. El trabajo lo definiremos como positivo cuando el sistema realiza trabajo sobre los alrededores.

Balance de energía para sistema cerrado: Como la energía no se crea ni se destruye, los términos generación y consumo se cancelan: Entre dos instantes dados:

Acumulación = entrada – salida

Acumulación = valor final de la energía del sistema - valor inicial de la Energía del sistema

Energía final del sistema - energía inicial del sistema = energía neta transferida al sistemaEnergía inicial del sistema = Ui + Eki + Epi Energía final del sistema = Uf + Ekf+ Epf

Energía transferida: Q – W(Uf – Ui) + (Ekf – Eki) + (Epf – Epi) = Q - W

ΔU + ΔEK + ΔEp = Q - W

BALANCE DE ENERGÍA PARA SISTEMAS ABIERTOS EN RÉGIMEN PERMANENTE

Sistema abierto: Existe transferencia de materia a través de sus fronteras cuando ocurre un proceso. Debe realizarse W sobre el sistema para que exista una transferencia de materia hacia él; y la masa que sale del sistema realiza W sobre los alrededores, ambos términos deben incluirse en el balance de energía

Trabajo de flujo (Wf): W efectuado por el fluido en la salida del sistema, menos el W hecho sobre el

fluido en la entrada del sistema.Trabajo externo o de flecha (We): W efectuado efectuado por el fluido del proceso sobre una parte móvil

dentro del ( motor de bomba).

UNIDAD DE PROCESO

Ven

Φ=0,5 cm

Pen

Vsal

Nivel de referencia

Psal

Propiedades específicas:

Volumen específico

Propiedades de una sustancia pueden ser extensivas (dependen de la cantidad de sustancia: m, n, Volumen, flujo másico, flujo molar y flujo volumétrico, Ek, Ep, U) e intensivas ( independientes de la cantidad de sustancia: T, P, densidad).Propiedad Específica: cantidad intensiva que se obtiene dividiendo una propiedad extensiva del flujo entre cantidad total del material del proceso

: V = 200 cm3 y masa del fluido = 200 g (

=1 g/ml); igual: velocidad de flujo másico es 100 kg/min y la velocidad de flujo volumétrico es 150 litros/min. (

= 1,5 l/kg)

Problemas usando tablas

Problemas dos componentes

Problemas balance de materia y energía