Ejercicios de balance de materia.

PROBLEMAS RESUELTOS DE BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA

PROBLEMA 1:

[pic 1]

SOLUCIÓN:

[pic 2]

PROBLEMA 2:

 La carga calórica en el condensador de una columna de destilación es [pic 3]. Exprese en [pic 4]

SOLUCIÓN:

[pic 5]

PROBLEMA 3:

La capacidad calorífica del agua a presión constante  es [pic 6].

Expreselo en [pic 7]

SOLUCIÓN:

[pic 8]

PROBLEMA 4:

Convertir 300K a grados ºR

SOLUCIÓN:

[pic 9]

[pic 10]

PROBLEMA 5:

Exprese el valor de R en atm.m3/Kg-mol.K a partir del valor dado en:

[pic 11]

SOLUCION

[pic 12]

[pic 13]

PROBLEMA 6:

El coeficiente de transmisión de calor h para el calentamiento o enfriamiento en la región de flujo laminar viene dado por:

[pic 14]

h: coeficiente de transmisión de calor [pic 15][pic 16]

C: Capacidad calorífica [pic 17][pic 18]

[pic 19][pic 20] y [pic 21][pic 22]: viscosidad y viscosidad en la pared ([pic 23][pic 24])

[pic 25][pic 26]: Conductividad térmica [pic 27][pic 28]

[pic 29][pic 30]: Diámetro (pie)

[pic 31][pic 32]: Longitud del camino recorrido por el fluido (pie)

W: velocidad del flujo de masa ([pic 33][pic 34])

Calcular el valor de la constante que se debe utilizar en esta ecuación, en lugar de 24,2 cuando todas las unidades están en el SI.

SOLUCION

[pic 35]

[pic 36]

[pic 37]

[pic 38]

[pic 39]

[pic 40]

[pic 41]

[pic 42]

[pic 43]

[pic 44]

[pic 45]

[pic 46]

Reemplazando en la ecuación:

[pic 47]

Comprobamos que la ecuación es dimensionalmente homogénea.

PROBLEMA 7:

 La capacidad calorífica del acido acético en unidades de [pic 49] viene dada por:

[pic 50]

Convertir esta ecuación en otra que exprese [pic 51]en [pic 52]cuando la temperatura se expresa en ºF en lugar de K.

SOLUCIÓN:

Haciendo un cambio de unidades del [pic 53]:

[pic 54]

Luego,                 [pic 55]

                [pic 56]

                [pic 57]

                [pic 58]

PROBLEMA 8:

1000 kg/h de una mezcla de benceno y tolueno conteniendo 50% de benceno es separada en dos fracciones mediante una destilación. El flujo de masas de benceno en la cabeza de destilación es de 450 kg/h  y el de tolueno en la cola es de 475kg/h. La operación es en estado estacionario. Calcular:

a. Los grados de libertad del problema.

b. Los flujos de masa de benceno y tolueno en la cola y cabeza de destilación respectivamente.

SOLUCIÓN:

1. Calculando el número de grados de libertad mediante el siguiente cuadro.

Como el número de grados de libertad es 0, el sistema esta bien especificado, es decir tiene solución única.

1. Del balance de masa del benceno:

[pic 59]

[pic 60]

Del balance de masa del tolueno:

[pic 61]

[pic 62]

PROBLEMA 9:

Un operador que opera en régimen estacionario, sedimenta con 50000 Kg/dia de una disolución acuosa que contiene 8% de NaOH , 10% NaCl ; del evaporador salen 3 corrientes:

  V: vapor de agua pura

  S: solución concentrada, cuya composición es 50 % NaOH,  48 % H2O. 2 % NaCl

 C : una composición que posee 95 % de cristales de NaCl y 5 % de una solución concentrada de  

      composición igual al de la corriente S.

Todos los porcentajes están expresados en % peso

1. Hallar el Grado de Libertad
2. Los flujos (Kg/dia ) de las corrientes V,S,C .

SOLUCIÓN:

Diagrama de flujo:

                                                                                        V                   H2O : 100 %[pic 63][pic 64]

[pic 65]

    5000 Kg/día    F                                                             S                 NaOH : 50%[pic 66][pic 67]

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