Formato Manual de Balance de Materia y Energia (1) (1)
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Página | 1 Unidad: Instituto Tecnológico superior de Coatzacoalcos. Edición No. 1 Fecha de Edición: Enero 2013 Departamento: Ingeniería Química. Materia: BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA Clave: AEF-1004 MANUAL DE PRACTICAS DE LABORATORIO PARA LA MATERIA DE BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA, BASADO EN COMPETENCIAS. CARRERA: INGENIERÍA QUÍMICA SEMESTRE: CUARTO ELABORADO POR: IBQ.ALEJANDRO MORALES HERNANDEZ
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BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA Clave: AEF-1004
MANUAL DE PRACTICAS DE LABORATORIO PARA LA MATERIA DE BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA,
BASADO EN COMPETENCIAS.
CARRERA: INGENIERÍA QUÍMICA
SEMESTRE: CUARTO
ELABORADO POR: IBQ.ALEJANDRO MORALES HERNANDEZ
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INDICE DE PRÁCTICAS
No. de
Práctica
Nombre de la práctica Página
1 REGLAMENTO DE LABORATORIO DE BIOQUÍMICA Y
QUÍMICA
05
2
CONOCIMIENTO DE LOS EQUIPOS DE PROCESO EN EL
LABORATORIO DE INGENIERÍA QUÍMICA Y BIOQUÍMICA
11
3 APLICACIÓN DE BALANCE DE MATERIA EN LOS
PROCESOS DE MEZCLA Y EVAPORACIÓN
13
4 USO DE EXCEL PARA RESOLVER PROBLEMAS DE
BALANCE DE MATERIA Y ENERGÍA
16
5 ISOTERMAS DE SECADO
18
6 OPERACIÓN BÁSICA DE UNA TORRE DE DESTILACIÓN
DE PLATOS.
20
7 BALANCE DE MASA Y ENERGÍA EN UN
INTERCAMBIADOR DE CALOR
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PRESENTACION.
El objetivo de este manual consiste en reforzar los fundamentos teóricos con la
práctica proporcionando así las herramientas necesarias para adquirir y aplicar los
conocimientos básicos de los Balances de Materia y Energía.
Este manual está enfocado a prácticas que desarrollan la capacidad de análisis,
investigación y organización que complementan el estudio de los Balances de
Materia y Energía en la formación del Ingeniero Químico los cuales le permitirán
adquirir los conocimientos básicos sobre la estructura de la materia, su relación
con las propiedades físicas, químicas, así como las leyes de la conservación de la
materia y energía y sus aplicaciones dentro de la carrera de Ingeniería Química.
Este material de consulta y apoyo didáctico se pone en manos de maestros y
principalmente a los alumnos que se forman en el Instituto Tecnológico Superior
de Coatzacoalcos y que les será de gran utilidad en el desarrollo del proceso
enseñanza- aprendizaje.
El manual está organizado agrupando las prácticas de la asignatura de manera
secuencial, conforme se aborden los temas. El maestro deberá dar especial
énfasis en los ejemplos y aplicaciones de los balances de materia y Energía en la
Ingeniería Química según corresponda.
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COMPETENCIAS A DESARROLLAR.
Competencias específicas:
Conocer e identificar los equipos de procesos en los cuales se aplican los balances de materia y energía.
Identificar los equipos que operan de manera continua y por lotes.
Interpretar los diagramas de flujo de proceso.
Realizar balances de masa sin reacción química en flujo continuo.
Realizar balances de masa en procesos con reacción química en flujo continuo.
Realizar balances de energía y masa sin reacción química en flujo continuo.
Realizar balances de energía y masa en sistemas con reacción química.
Utilizar las hojas de cálculo para la realización de los balances de materia.
Competencias instrumentales
Capacidad de análisis y síntesis.
Capacidad de organizar y planificar.
Conocimientos generales básicos.
Conocimientos básicos de la carrera.
Comunicación oral.
Habilidades básicas de manejo de la computadora y uso de software.
Habilidades de gestión de información.
Solución de problemas.
Toma de decisiones.
Competencias interpersonales
Capacidad crítica y autocrítica.
Trabajo en equipo.
Habilidades interpersonales.
Capacidad de trabajar en equipo interdisciplinario.
Habilidad para trabajar en un ambiente laboral.
Competencias sistémicas
Capacidad de aplicar los conocimientos en la práctica.
Habilidades de investigación.
Capacidad de aprender.
Capacidad de adaptarse a nuevas situaciones.
Capacidad de generar nuevas ideas (creatividad).
Habilidad para trabajar en forma colectiva.
Preocupación por la calidad.
Búsqueda del logro.
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Práctica No. 1
REGLAMENTO DE LABORATORIO.
1. Objetivo.
El estudiante recordará las normas que rigen la entrada y estancia dentro del
laboratorio de Ingeniería Química- Bioquímica, para la realización de prácticas en
el mismo, por parte de cualquiera de las asignaturas.
2. Introducción.
El reglamento de laboratorio es la normativa vigente, dentro de ésta área de
trabajo, para poder realizar de manera eficiente y sin riesgos, la totalidad de las
prácticas asignadas por el docente o academia correspondiente para el mejor
aprovechamiento de la asignatura por parte del alumno.
En él, se consideran los puntos de asistencia a clases, vestimenta, equipo
de seguridad y protección personal, reactivos, equipos de laboratorio y requisitos
generales de acceso y permanencia en él.
De igual manera importante es la estancia dentro de las instalaciones. Por
lo que también, se hacen algunas prohibiciones que deben tomarse en cuenta con
mucha atención.
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3. Material, Reactivos y Procedimientos.
Materiales Equipos Reactivos
1 Copia del reglamento oficial
vigente del laboratorio de
Ing Bioquímica. y Química
del ITESCO
N/A N/A
2 Norma Mexicana NOM-
005-STPS-1998.
4. Procedimiento.
a) De forma grupal, leer el reglamento oficial vigente del laboratorio de Ing.
Química y Bioquímica del ITESCO.
b) Al término de la lectura (o según lo indique el docente), comentar los
aspectos que no se consideren claros.
c) Realizar una breve visita (acompañados por el docente) a todas las
áreas del laboratorio de Ing. Química y Bioquímica del ITESCO e
identificar claramente el área destinada para la elaboración de las
prácticas de la asignatura de Laboratorio Integral 1.
d) El alumno, de acuerdo a su experiencia y trabajo dentro del laboratorio,
redactará algunas sugerencias a las jefaturas correspondientes para
poder modificar, para una mayor eficiencia en el laboratorio, el
reglamento vigente.
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5. Cuestionario
a) ¿Cuál es la importancia de contar con un reglamento en el Laboratorio
escolar?
b) ¿Sabes quién es el encargado del mismo? De ser afirmativa la respuesta,
escribe su nombre, o en su defecto investiga al respecto.
c) ¿Sabes a quien acudir si existe algún problema o accidente? De ser
afirmativa la respuesta, escribe su nombre, o en su defecto investiga al
respecto.
6. Referencias bibliográficas.
Reglamento de laboratorio de Ingenierías Bioquímica y Química del
Instituto Tecnológico Superior de Coatzacoalcos. .
Norma Mexicana NOM-005-STPS-1998.
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Práctica No. 2
Nombre de la práctica: CONOCIMIENTO DE LOS EQUIPOS DE PROCESO EN
EL LABORATORIO DE INGENIERÍA QUÍMICA Y BIOQUÍMICA
1. Objetivo.
El alumno se familiarizara con los equipos del laboratorio de Ingeniería Química y
Bioquímica. De cada equipo identificara que tipos de procesos son y sus símbolos.
2. Introducción.
Por ser la Química una ciencia experimental, se deben de conocer de manera
práctica los cambios físicos y químicos de la materia y la energía. Para ello es
necesario conocer los equipos que a lo largo de la carrera de ingeniería química
serán utilizados; esto ayudara a efectuar experimentos desarrollados en espíritu
de observación, lo que hará del estudio de la ingeniería química un ejercicio
ameno y agradable. Como introducción de esta práctica el estudiante debe
investigar acerca del equipo utilizado en el laboratorio así como las características.
Los diagramas de flujo son ampliamente usados en ingeniería química. En
esencia, son dibujos que ayudan a entender cómo se lleva a cabo el flujo de
materiales o de energía en un proceso o en un equipo. Hay muchos diagramas de
flujo que se utilizan para diferentes propósitos; la nomenclatura no es estándar y la
mayor parte de las compañías y libros tienen sus propias ideas sobre la materia.
El inicio de la solución de un problema es la traducción de un enunciado al
lenguaje de la ingeniería química, y parte de este lenguaje son los diagramas de
flujo y los signos que simbolizan las características más importantes de las
corrientes manejadas. Un diagrama de flujo es casi indispensable para hacer los
balances de masa y energía en un proceso o en una planta, así como para
comenzar el estudio sobre el mejoramiento y utilización de los equipos.
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3. Material, Reactivos y Equipos.
Cantidad Materiales Cantidad Equipos Cantidad Reactivos
NA Equipo de uso
común en el
laboratorio
NA
4. Procedimiento.
1. Observe cuidadosamente y escuche con atención la descripción y el uso de
cada equipo.
2. Realice un dibujo de cada aparato, con su nombre y uso.
3. Describa en cada equipo si opera como un sistema continuo o por lotes.
Explica por qué.
4. Investigará los símbolos utilizados para cada uno de los equipos antes
mencionados.
5. Cuestionario
1. Explica brevemente en que consiste un sistema continuo y un sistema por lotes
2. ¿Cuáles son las medidas de seguridad que consideras indispensables para el
buen funcionamiento del laboratorio?
3. Investigue si existe alguna normatividad que regule la nomenclatura de equipos
a nivel nacional.
6. Referencias bibliográficas.
Smith, J.M., Van Ness H.C. y Abbott M.M. (2003), “Introducción a la
Termodinámica en Ingeniería Química”, 6ª Ed. México, McGraw-Hill.
Handley William. Manual de Seguridad Industrial. Mc Graw Hill. Mexico.
Orozco Fernando D. Analisis Quimico Cuantitativo. Editorial Porrua. Mexico.
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Práctica No. 3
Nombre de la práctica: APLICACIÓN DE BALANCE DE MATERIA EN LOS
PROCESOS DE MEZCLA Y EVAPORACIÓN
1. Objetivo.
El alumno usara una de las múltiples aplicaciones de los balances de materia en el
procesamiento de alimentos, además comprobara los valores establecidos por
refractómetro con los cálculos mediante balance de masa, basándose en el
contenido de solidos solubles.
2. Introducción.
Segun Haper (1976), indico que las bases para calcular las cantidades relativas de
materiales de procesos alimenticios se basa en la Ley de la conservación de
masa, la cual establece que: “la cantidad de materia que entra a una operación
debe ser igual a la cantidad que sale”.
Al considerar un sistema cerrado por fronteras o limites, la ley puede ser definida
en la siguiente forma: las entradas por los limites ME, más la generación interna
MG, menos las salidas por los limites MS y menos el consumo interno MC, será
igual a la acumulación o perdida dentro del sistema, que puede ser positiva. La
ecuación que corresponde a dicha ley es la siguiente:
Cuando no existe generación o consumo de materia dentro del sistema, la
ecuación se reduce a:
En las jaleas, los sólidos solubles son principalmente azucares, en especial
sacarosa. Según Villavecchia (1963), el índice de refracción de las soluciones
acuosas varia con la concentración, y esto se basa. En esto se basa la
determinación del contenido de azúcar de una solución por medio del
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refractómetro. Alvarado y López (1986), establecieron la siguiente ecuación que
permite el cálculo de la densidad de jugos de frutas y de jarabes, como función del
contenido de solidos solubles y de la temperatura:
Donde:
Dj = Densidad en (kg/m3)
Br = grados Brix (ºBrix)
T = Temperatura
3. Material, reactivos y Equipos.
Materiales Equipos Reactivos
1 Vaso de precipitado de 500 ml 3 vasos de precipitado de 250 ml 1 Pastilla de calentamiento 1 Pastilla de agitación 1 Termómetro 1 Cronometro 1 Pipeta graduada de 10 ml 1 Perilla 1 Agitador de vidrio 1 Probeta graduada de 100 ml
1 Plancha de calentamiento 1 Refractómetro de mano
Jugo de naranja natural sin pulpa Azúcar Agua destilada
4. Procedimiento.
1. Pesar 9 gramos de azúcar y depositarlos en un vaso de precipitado de 250 ml.
Aforar a 100 ml, utilizar el agitador de vidrio para disolver.
2. Depositar en el vaso de precipitado de 500 ml las siguientes cantidades: 120 ml
de agua destilada, 300 ml de jugo de naranja y 80 ml de solución de sacarosa.
3. Medir con el refractómetro los grados °Brix del jarabe.
4. Introducir 100 ml de jarabe en el vaso de precipitado de 250 ml.
5. Colocar el vaso de precipitado sobre una plancha de calentamiento e introducir
la pastilla magnética para la agitación.
6. Empezar a calentar la solución para que hierva y aplicar una agitación
moderada.
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7. En el momento que se inicie la evaporación empezar a tomar el tiempo con el
cronometro.
8. Continuar la operación cuidando de mantener el volumen constante por la
adición de cantidades medidas del jarabe preparado en el primer paso.
9. Cada diez minutos registrar el volumen añadido y medir los grados Brix hasta
que el jarabe alcance una concentración de 20 °Brix.
10. Realice balances de materia para obtener los ° Brix teóricos en cada momento.
Utilice la formula mencionada en la introducción para obtener la densidad.
11. Reporte sus respuestas en la siguiente tabla:
Tiempo
(min)
ºBrix
(experimentales)
Densidad
(kg/m3)
Volumen
total
alimentado
(ml)
Volumen
agregado
ºBrix
teóricos
(Balance
de
materia)
5. Cuestionario
1. ¿Existe alguna diferencia entre los valores experimentales y los teóricos?
2. ¿Cuáles son las probables causas de las diferencias?
3. Realice una gráfica ºBrix en función del tiempo. En esta se debe representar
los ºBrix experimentales y los ºBrix teóricos, establezca su discusión de
resultados
6. Referencias bibliográficas.
Chang, Raymond. Quimica. Ed. MacGraw Hill
Felder, Richard M. y Rousseau, Ronald W. Principios elementales de los
procesos químicos. Ed. Addison Wesley Lungman.
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Práctica No. 4 Nombre de la práctica: USO DE EXCEL PARA RESOLVER PROBLEMAS DE
BALANCE DE MATERIA Y ENERGÍA
1. Objetivo.
El alumno resolverá problemas de balance de materia y energía utilizando el
software EXCEL, valiéndose de las funciones del programa. Lo anterior servirá
como introducción a los simuladores.
2. Introducción.
Los cálculos de balance de materia y energía deben ser conocimientos básicos
para cualquier estudiante y profesionista del área de ingeniería química. Para
lograr estos conocimientos y habilidades se lleva la materia denominada Balance
de materia y energía.
Sin embargo en la actualidad, no solo es necesario saber realizar dichos cálculos,
sino que además es necesario poder realizar estos cálculos de manera rápida, por
lo cual es necesario tener a la mano algún software dedicado a este rubro.
Es en esta parte donde entran los simuladores, los cuales son programas de
computadora especializados para realizar cálculos en equipos relacionados con
los procesos químicos. Existen muchos simuladores comerciales, tales como
Aspen, Hysys o el Design II, entre otros, los cuales pueden realizar todos las
operaciones y cálculos relacionados con la ingeniería química.
Mas, una limitante de estos programas, son sus altos costos, por lo cual es
diversas ocasiones es imposible contar con dichos software.
Por esta razón, en esta práctica se utilizara un software cuyo costo es
relativamente bajo, además de ser un programa que la mayoría de los alumnos
han utilizado.
Microsoft Office EXCEL, es una aplicación para manejar hojas de cálculos. Este
programa fue y sigue siendo desarrollado y distribuido por Microsoft. La
importancia de Excel radica simplemente en poder utilizar filas y columnas para
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almacenar información creando una base de datos, elaborar hojas de trabajo y
libros contables electrónicos, entre otras actividades que impliquen la utilización de
tablas. Todo esto con la facilidad de la tecnología y la informática, permitiendo
semi-automatizar casi la totalidad de las operaciones y ahorrarse buena parte del
tiempo que utilicemos para desarrollar completas y avanzadas hojas de cálculo.
3. Material, reactivos y Equipos.
Materiales Equipos Reactivos
NA
Equipo de proyección multimedia Computadora portátil
NA
4. Procedimiento.
1. Obtenga la solución del siguiente problema, mediante una solución analítica.
Un flujo de alimentación debe consistir en 1000 kg/h de un gas que contiene 25%
en mol de N2 y el resto de H2. El flujo se obtiene mezclando los gases de dos
tanques, A y B. los gases en ambos tanques son mezclas de nitrógeno e
hidrógeno con fracciones molares de nitrógeno yA y yB respectivamente.
a) Supongamos que yA = 0.1 y yB = 0.50. Calcula las velocidades de flujo molar
requeridas (mol/h) de las dos mezclas de gases.
b) ¿Qué condición o condiciones matemáticas que contengan a yA y yB deben
satisfacerse para obtener una mezcla al 25% en mol a partir de los dos tanques?
2. En Microsoft EXCEL realice el diagrama por bloques del problema
3. Introduzca la información del enunciado en el diagrama
4. En una hoja aparte, realice las conversiones y los cálculos
5. Exprese sus resultados en la hoja del diagrama
6. Compara los resultados obtenidos con el software con los obtenidos de manera
analítica
5. Cuestionario
1. Define el concepto de simulación de procesos
2. ¿Qué es el modelado de procesos químicos?
3. Resuelve el siguiente problema utilizando EXCEL
Un gas que contiene partes iguales (sobre una base molar) de H2, N2 y H2O, pasa
a través de una columna de pastillas de cloruro de calcio que absorben el 97% del
agua y ninguno de los otros gases. El empaque de la columna se encontraba
inicialmente seco y tenía una masa de 2.00 kg. Después de 6 h de operación
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continua se vuelven a pesar las pastillas y se encuentra que tienen una masa de
2.21 kg. Calcula la velocidad de flujo molar (mol/h) del gas de alimentación y la
fracción mol del vapor de agua en el producto seco.
6. Referencias bibliográficas. Felder, Richard M. y Rousseau, Ronald W. Principios elementales de los procesos químicos. Ed. Addison Wesley Lungman.
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Práctica No. 5 Nombre de la práctica: ISOTERMAS DE SECADO
1. Objetivo.
El alumno aprenderá a realizar las isotermas de secado. Además conocerá la utilidad de estas isotermas para la operación de secado.
2. Introducción.
El proceso de secado consiste en la eliminación de agua de los materiales de proceso y de los alimentos, en la mayoría de los casos el agua siempre se elimina en forma de vapor con aire. Se usa también como técnica de preservación, ya que los microorganismos que provocan la descomposición de los alimentos no pueden crecer y multiplicarse en ausencia de agua. A menudo es necesario conocer la evolución del proceso de secado durante el tiempo, por lo cual es necesario utilizar las isotermas de secado. Las isotermas de secado son graficas que se elaboran a una temperatura constante, en donde se muestra la evolución del proceso de secado con respecto al tiempo. Estos diagramas se pueden expresar en función del tiempo de secado vs masa de la muestra o tiempo se secado vs humedad de la muestra.
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.
3. Material, reactivos y Equipos.
Cantidad Materiales Cantidad Equipos Cantidad Reactivos
1 1
Cronometro Navaja
1 1
Secador de charolas Balanza digital
4. Procedimiento.
1. Cortar la muestra en cubos de aproximadamente 0.5 cm y pesar 50 gr de la muestra.
2. Encender el secador de charolas y colocar el control de temperatura y de velocidad de aire en el punto en que el profesor indique.
3. Encender la balanza digital, en la cual están colocadas las charolas, verificar que marque cero.
4. Colocar la muestra en las charolas y tomar este instante como el tiempo cero. 5. Tomar la lectura de la balanza cada 5 minutos durante aproximadamente 6. 40 minutos. Posteriormente se tomara el peso de la muestra cada 15 minutos.
Esta operación se repetirá hasta que dos lecturas consecutivas sean iguales. 7. Retirar la muestra de las charolas y apagar el equipo. 8. Limpiar el equipo del secador de charolas. 9. Realizar la isoterma de secado en función del tiempo de secado vs masa de la
muestra.
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5. Cuestionario
1. Describe el funcionamiento del secador de charolas utilizado. 2. ¿Qué es la humedad absoluta? 3. ¿Por qué después de un tiempo, el peso de la muestra ya no varía? 4. Investiga un método para realizar la determinación de la humedad de una muestra. 5. Investiga el nombre de otros tipos de secadores. 6. Referencias bibliográficas. 1. Pérez F., José M. Optimización del proceso de secado por charolas del chayote (Sechium edule). Tesis te maestría. Instituto Tecnológico de Orizaba. 2. McCabe, W.L. Smith, J.C. Harriott, P. 2007. Operaciones unitarias en Ingeniería química. Séptima edición. Editorial Mc Graw Hill. México, D.F. 3. Ocon G., J. Tojo B., G. Problemas de Ingeniería Química. Tomo I. Editorial Aguilar.
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No. 1
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Práctica No. 6 Nombre de la práctica: OPERACIÓN BÁSICA DE UNA TORRE DE
DESTILACIÓN DE PLATOS.
1. Objetivo.
El alumno comprenderá el funcionamiento básico de una columna de destilación. Realizara un balance de materia en la columna de destilación.
2. Introducción.
Con el nombre de destilación se entiende la separación de los componentes de una mezcla liquida por vaporización parcial de la misma, de tal manera que la composición del vapor obtenido sea distinta de la composición del líquido de partida, resultando distinta también la composición del líquido residual. La destilación es una de las operaciones básicas más importantes de la industria química y permite separar los componentes de una mezcla liquida al estado de sustancias puras. En la práctica, la destilación puede llevarse a cabo mediante dos métodos principales. El primer método se basa en la producción de vapor mediante la ebullición de la mezcla liquida que se desea separar y la condensación de los vapores sin permitir que el líquido retorne a la columna del equipo de destilación. Por lo tanto, no hay reflujo. El segundo método se basa en el retorno de una parte del condensado a la columna, en condiciones tales que el líquido que retorna se pone en contacto íntimo con los vapores que ascienden hacia el condensador. Relaciones de equilibrio Para separar los componentes de una mezcla liquida por destilación es condición necesaria que la composición del vapor producido en la ebullición de la mezcla sea diferente de la composición del líquido de partida; por ello, el conocimiento de las relaciones de equilibrio entre ambas fases es esencial para la resolución analítica de los problemas de destilación, y los aparatos en los que se lleva a cabo esta operación han de suministrar un íntimo contacto entre el vapor y el líquido para que en el límite entre ambas fases se alcancen las condiciones de equilibrio . Diagrama T-x-y. En estos diagramas se representa la composición de la mezcla liquida frente a la temperatura de ebullición, a presión constante. En la figura 1, se
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representa el diagrama de ebullición para los líquidos A y B, de temperatura de ebullición TA y TB a la presión considerada (al establecer un orden de los componentes de la mezcla indicamos siempre en primer lugar el componente más volátil)
3. Material, Reactivos y Equipos.
Cantidad Materiales Cantidad Equipos Cantidad Reactivos
2 1 5 1 1
Pipetas de 10 ml Piseta Vasos de precipitado Perilla Paño de tela de algodón
1 1
Columna de destilación Refractómetro de mano
5 L
5 L
Agua destilada Alcohol etílico
4. Procedimiento.
1. Escuche y anote la explicación que proporcione el profesor. 2. Introduzca a la torre una mezcla agua-etanol consistente en 5 lt de agua destilada y 5 lt de alcohol. 3. Encienda el módulo de control de la torre de destilación.
4. Encienda el rehervidor de la torre. El proceso de destilación empieza (Opere la columna sin reflujo). 5. Cuando el proceso este estabilizado, obtenga la temperatura de cada plato. Determine las composiciones que les corresponden. 6. Apague el rehervidor. 7. Apague el módulo de control de la columna de destilación 8. Limpie el equipo.
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Cálculos 1. Elabore una curva de calibración para obtener la concentración de la mezcla agua-etanol, a partir del indice de refraccion. 2. Realice mezclas de agua-etanol a diferentes fracciones mol del etanol: 0, 0.20, 0.40, 0.60, 0.80, 1. 3. Mida el indice de refraccion que le corresponde a cada mezcla que indique el profesor (Destilado, residuo, Tanque de almacenamiento) 4. Realice un balance de materia y determine cuantos kilogramos quedaron en el tanque de almacenamiento. 5. Realice un balance de materia para determinar la composición de la mezcla en el tanque de almacenamiento. Compare los resultados obtenidos con lo determinado experimentalmente. 6. Compare todas las masas (Destilado, Residuo) obtenidas de manera experimental y por medio de balance.
5. Cuestionario
1. Investigue 2 procesos industriales en donde se utilice la operación de destilación. 2. Investigue los diferentes tipos de destilación existentes.
3. Los resultados obtenidos mediante balance, .corresponde con los valores experimentales? 4. Durante la operación de destilación, .la temperatura de cada plato, permanece constante? .Por qué ocurre esto? 5. La pureza del alcohol en el destilado
6. Referencias bibliográficas. McCabe, W.L. Smith, J.C. Harriott, P. 2007. Operaciones unitarias en ingeniería química. Séptima edición. Editorial Mc Graw Hill. México, D.F. - Ocon G., J. Tojo B., G. Problemas de Ingeniería Química. Tomo I. Editorial Aguilar.
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Práctica No. 7 Nombre de la práctica: BALANCE DE MASA Y ENERGÍA EN UN
INTERCAMBIADOR DE CALOR
1. Objetivo.
El alumno comprenderá como la transferencia de energía entre dos sustancias que se encuentran en un intercambiador puede modificar las temperaturas de las mismas.
2. Introducción.
La energía es cara. Aún no hemos aprendido a emplear eficaz el suministro, en apariencia inagotable, de anergia gratuita del sol, los vientos y las mareas; también es factible generar energía nuclear, pero la necesidad de la eliminación segura de los desechos radiactivos de los reactores nucleares es un problema grave aún por resolver y no se cuenta con suficientes caídas de agua ni presas como para proveer suficiente energía hidroeléctrica y cubrir las necesidades energéticas mundiales. En la década de 1970, el drástico aumento en el precio del gas natural y el petróleo elevo el costo de la energía en gran proporción e intensifico la necesidad de eliminar el consumo innecesario de la misma. Si una planta utiliza más energía que sus competidores, es posible que sus productos queden fuera de precio en el mercado. Una de las tareas principales del ingeniero al diseñar un proceso consiste en justificar con cuidado la energía que entra y sale de cada unidad de proceso y determinar los requerimientos energéticos totales de este. Para ello, recurre a escribir los balances de energía de manera muy similar a los balances de materia que se describen para explicar los flujos de masa que entran y salen del proceso y de sus unidades . En las industrias de proceso, la transferencia de calor entre dos fluidos casi siempre se lleva a cabo en intercambiadores de calor. El tipo más común es uno en el cual el fluido caliente y el frio no entran en contacto directo el uno con el otro, sino que están separados por una pared de tubos o una superficie plana o curva. La transferencia de calor se efectúa por convección desde el fluido caliente a la
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Unidad: Instituto Tecnológico superior de
Coatzacoalcos.
Edición
No. 1
Fecha de Edición:
Enero 2013
Departamento: Ingeniería Química.
Materia:
BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA Clave: AEF-1004
pared o la superficie de los tubos, a través de la pared de tubos o placa por conducción, y luego por convección al fluido frio.
3. Material, Reactivos y Equipos.
Cantidad Materiales Cantidad Equipos Cantidad Reactivos
1 2
Embudo Vasos de precipitado de 2000 mililitros
1 Columna de destilación
5 L
5L
Agua destilada Alcohol etílico
4. Procedimiento.
1. Verifique que existe agua de enfriamiento para la columna de destilación. Habrá la válvula de suministro. 2. Llene el tanque de almacenamiento con una mezcla de etanol-agua con una concentración del 50% en mol. 3. Encienda el módulo de control de la columna de destilación. 4. Suministre la potencia indicada por el profesor para llevar a cabo el calentamiento de la mezcla etanol-agua. 5. Cuando se lleve a cabo la ebullición de la mezcla registre las temperaturas T10, T11, T12 y T13 de la columna de destilación. Lleve a cabo las lecturas cada 5 minutos durante 30 minutos. 6. Apague el módulo de control de la columna de destilación. 7. Espere 5 minutos y cierre la válvula de suministro del agua de enfriamiento. 8. Limpie el equipo.
Resultados a reportar y discutir. 1. Llene la siguiente tabla con ayuda de las temperaturas recolectadas y con datos termodinámicos de tablas. 2. Tomando como referencia las temperaturas de entrada y salida del agua de enfriamiento y la temperatura de entrada de la mezcla, calcule la temperatura de salida de la mezcla. 3. Determine la energía total perdida por la mezcla durante el periodo de 30 minutos. Calcule el flujo másico promedio de la mezcla. 4. Determine la energía total ganada por el agua de enfriamiento durante el periodo de 30 minutos. Calcule el flujo másico promedio de la mezcla.
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Unidad: Instituto Tecnológico superior de
Coatzacoalcos.
Edición
No. 1
Fecha de Edición:
Enero 2013
Departamento: Ingeniería Química.
Materia:
BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA Clave: AEF-1004
5. Cuestionario
1. Investigue los tipos de intercambiadores de calor que existen. 2. Según la primera ley de la Termodinámica, la energía perdida por la mezcla debe ser igual a la energía ganada por el agua de enfriamiento: ¿sucede esto? .Por qué? 3. .Coinciden las temperaturas del inciso 2 de los resultados a reportar con las temperaturas determinadas experimentalmente? .Por qué? 4. Mencione 5 ejemplos de procesos químicos o bioquímicos en donde el balance de energía sea fundamental.
6.Referencias bibliográficas.
Felder, Richard M. y Rousseau, Ronald W. Principios elementales de los procesos químicos. Ed. Addison Wesley Lungman McCabe, W.L. Smith, J.C. Harriott, P. 2007. Operaciones unitarias en ingeniería química. Séptima edición. Editorial Mc Graw Hill. México, D.F.
