FASE No.4 BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA
XIMENA ALEXANDRA PEREZ RODRIGUEZ 1057590790
GRUPO: 26
TUTORA: IBETH RODRIGUEZ
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA (UNAD) 2017
1. A una caldera entran 12.000 lb/h de agua en estado líquido a una temperatura de 30° C. Se obtiene vapor saturado a una presión absoluta de 361,3 kPa. Si se estiman unas pérdidas de energía del 2%, calcular la cantidad de calor que se debe suministrar al agua y expresar la respuesta en: Desarrollo
361,3 KPa
5443,108 Kg/h
Caldera Vapor Saturado
Agua Liquida T=30°C=303 15K 2% Calor
12000
lb Kg = 5443,108 h h
= 4180
Del estado líquido al vapor saturado el agua experimenta primeramente una pérdida de calor sensible, después una pérdida de calor latente calor latente. La temperatura del vapor saturado a una presión de 361,3 Kpa es 413,13 K y el calor latente de vaporización es 2144.3 KJ/Kg
Calor Sensible = ∗ ∗ ∆ = 5443,108
∗ 4180 ∗ (413,13 − 303,15) ℎ
= 2502286015
ℎ
= 2502286,015
ℎ
Calor Latente
= ∗ = 2144.3
KJ Kg
∗ 5443,108
= 11671656,48
ℎ
ℎ
Calor Implicado = + = 11671656,48
+ 2502286,015 ℎ ℎ
= 14173942,5
ℎ
Pérdida de Calor = 0,02 ∗ = 14173942,5 = 283478,84
ℎ
ℎ
Calor Total = + = 14173942,5 = 14457421,34
+ 283478,84 ℎ ℎ
= 14457421340 ℎ ℎ
a. cal/h 1 = 238,85
= 14457421,34
ℎ
∗
238,85
= 3453155087
1 ℎ
b. J/día 1 = 24ℎ 24ℎ = 14457421340 ∗ ℎ 1 = 3,4698 10
2. En una planta para pasteurizar leche se usa como medio de calentamiento vapor saturado a una presión absoluta de 143,3 kPa. Si el vapor solo entrega el calor de condensación y no hay pérdidas, calcular para el líquido saturado que sale: Asumir que se utilizan 100 kg de vapor, la temperatura de referencia es 25°C. Liquido Saturado 100 Kg vapor Saturado P=143,3 kPa P=143,3 kPa
a. Presión absoluta.
La presión de salida equivale a 143,3 kPa ya que en la zona de mezcla se maneja una presión constante, es decir de la línea de vapor saturado a liquido saturado. b. Temperatura.
Según la tabla, al valor de la temperatura correspondiente al valor de la presión 143,3 KPa en la zona de mezcla es a 109.984 °C.
c. Energía.
La energía implicada en el cambio de fase de vapor saturado a líquido saturado corresponde a 2229.75 KJ/Kg, que corresponde al calor latente de vaporización por la masa.
= 100 ∗ 2229.75 = 222975 KJ
KJ Kg
3. Para conservar la papa se requiere disminuir la humedad desde 80% hasta 40% en peso base húmeda. El equipo de secado tiene una presión manométrica de 14,4 kPa y se encuentra ubicado en una ciudad donde la presión atmosférica es de 128,9 kPa. Si al secador entran 5.000 kg/h de papa y su calor específico es 0,842 kcal/kg °C,
1: H=80%
2: H=40%
Secador
5.000 kg/h
3: Vapor De Agua
= + = 128,9 + 14,4 = 143,3
= 0,842
°
Calcular: a. Cantidad de agua evaporada.
Balance De Masa = + = 5000 −
Cantidad total de agua
= 5.000
ℎ
∗ 0,8 = 4000
ℎ
Balance de Agua = +
4000 = 0,4 + 4000 = 0,4 + 5000 − 0,6 = 1000 = 1666,66
ℎ
Agua Evaporada = − = 5.000
− 1666,66 ℎ ℎ
= 3333,3
ℎ
b. Temperatura a la que se evapora el agua.
Se supone que el vapor se encuentra en el estado de vapor saturado. Para la entrada se supone que entra a temperatura ambiente 25°C. A la presión de 143,3kPa le corresponde una temperatura de 126.699 °C.
c. Calor requerido para calentar la papa hasta la temperatura de evaporación. = ∗ ∗ ∆ = 1000 ∗ 0,842
°
°
∗ (126.699 °C − 25 C)
= 85630
d. Calor requerido para evaporar el agua.
Primero se calcula el calor sensible del agua de 25°C a 1000 °C = 4000 ∗ 1
°
∗ (126.699 °C − 25 C) °
= 406796
El calor de vaporización del agua es 521.547 Kcal/Kg a la temperatura de 126.699 °C = = 4000 ∗ 521.547
Kcal Kg
= 2086188
= + = 406796 + 2086188 = 2492984
e. Calor total requerido. = +
= 2578614
4. ¿Qué cantidad de solución de salmuera se necesita para enfriar 1500 L/h de anilina en un intercambiador de calor, si ésta entra a 150 °F y sale a 77 °F. La salmuera entra a 38 °F y sale a 77 °F. Exprese sus resultados en kg/min y en L/min. Datos: Cp salmuera 0,82 cal/g °C Densidad de la salmuera 1,15 g/mL Cp anilina 0,48 cal/g °C Densidad de la anilina 1,20 g/mL. 3: 38 °F
2: 77 °F 1: 1500 L/h 150 °F
4: 77 °F Conversiones L 1500 = 1500000 h ℎ 77 °F = 25°C 38 °F = 3,33 °C 150 °F = 65,5°C
Masa Anilina = 1500000
g 1800000 ∗ 0,48 = ℎ mL ℎ
= 1800000
ℎ
Calor Implicado = ∗ ∗ ∆ = 1800000 ∗ 0,48
cal g°C
∗ (65,5° − 25°)
= 34992000
ℎ
Masa Salmuera En el intercambiador el calor cedido por la anilina es absorbido por la salmuera.
1 = −2 = 2 ∗ ∗ ∆
2 =
−34992000
∗ ∆
= 0,82
ℎ
cal ∗ (3,33° − 25°) g°C
2 = 1969227,99
ℎ
Kg/min 1969227,99
1 1ℎ ∗ ∗ ℎ 1000 60
32,8204
L/min
1969227,99
1 1ℎ ∗ ∗ ∗ ℎ 1,15 1000 60 28,53
5. En un reactor químico se desprenden 2 500 kJ, determine qué cantidad de agua se debe suministrar al enchaquetado del reactor para que cambie su temperatura de 25 °C a 120 °C. Considere que el calor latente de vaporización del agua es 540 cal/g y su capacidad calorífica es de 1 cal/g °C.
1: Agua
2: Agua
REACTOR
25 °C
120 °C
3: 2 500 kJ
En primera instancia se ve implicado un calor sensible
Después un calor latente correspondiente al cambio de fase
= ∗ ∗ ∆ + = ( ∗ ∆ + ) =
( ∗ ∆ + ) 597114,7Cal
= (1
cal ∗ (120° − 25° ) + 540 ) g°C = 940,33
