Tarea Balance Abril 11 1

Balance de Materia y Energía
Entregar el sábado 11 de Abril del 2015 en el inicio del 2do examen parcial

1. Se introduce agua en un tanque de 2.00 m3 a una velocidad de 6.00 kg/s y se retira a una
velocidad de 3.00 kg/s. En el inicio, el tanque está lleno hasta la mitad.
a. Indique si este proceso es continuo, intermitente o semicontinuo. ¿se encuentra en
estado transitorio o estacionario?
b.Escriba el balance de masa para el proceso. Identifique los términos de la ecuación
general de balance presentes en su ecuación e indique el motivo para omitir cualquier
término.
c. ¿Cuánto tardará el tanque en rebosar?
2. Una mezcla líquida de benceno y tolueno contiene 55% de benceno en masa. Parte de la
mezcla se va a evaporar para generar vapor que contenga 85% de benceno y un líquido
residualcon 10.6% de benceno en masa.
a. Suponga que el proceso se va a efectuar de manera continua y en estado estacionario,
con una velocidad de alimentación de 100 kg/h de la mezcla al 55%. Sean
(kg/h) y
(kg/h) las velocidades de flujo másico de las corrientes de producto gaseoso y
líquido, respectivamente. Dibuje y marque el diagrama de flujo del proceso, y después
escriba y resuelva el balance de masatotal y del benceno para determinar los valores
esperados de
y
. Para cada balance, indique los términos de la ecuación general
de balance que descartó y por qué.
b. Luego suponga que el proceso se va a efectuar en un recipiente cerrado, el cual
contiene al inicio 100 kg de la mezcla líquida. Sean
(kg) y
(kg) las masas
respectivas de las fases finales gaseosa y líquida. Dibuje y marque eldiagrama de flujo
del proceso y después escriba y resuelva los balances integrales de masa total y del
benceno para determinar
y
. Para cada balance, indique los términos de la
ecuación general de balance que descartó y por qué.
c. Regresando al proceso continuo, suponga que el evaporador se construye, se pone a
funcionar y se miden las velocidades de flujo de la corriente y las composiciones delproducto. El porcentaje medio de benceno en la corriente de vapor es 85% y las
velocidades de flujo de la corriente de producto tienen los valores calculados en el
inciso (a), pero se observa que la corriente de producto liquido contiene 7% de
benceno en vez de 10.6%. Una posible explicación es que se haya cometido un error
en las mediciones. Dé por lo menos cinco explicaciones más. [Piense en lassuposiciones que hizo al resolver el inciso (a).]
3. Las fresas contienen cerca de 15% por peso de sólidos y 85% por peso de agua. Para fabricar
jalea de fresas, se combina la fruta molida con azúcar en una proporción 45:55% en masa y la
mezcla se calienta para evaporar el agua hasta que el residuo contiene un tercio de agua en
masa.
a. Dibuje y marque el diagrama de flujo de éste proceso.

b. Realiceel análisis de grados de libertad y demuestre que el sistema tiene cero grados
de libertad (es decir, el número de variables de proceso desconocidas es igual al
número de ecuaciones que las relacionan). En caso de que tenga demasiadas
incógnitas, piense qué olvidó hacer.
c. Calcule cuántas libras de fresa se requieren para hacer una libra de jalea.
4. Dos soluciones acuosas de ácido sulfúrico quecontienen 20% por peso de H2SO4 (gravedad
especifica (GE)=1.139) y 60% en peso de H2SO4 (GE=1.498) se mezclan para formar una
solución 4 molar (GE=1.213).
a. Calcule la fracción másica del ácido sulfúrico en la solución de producto.
b. Tomando como base 100 kg de la solución de alimentación al 20%, dibuje y marque el
diagrama de flujo del proceso, marcando masas y volúmenes y haga el análisis degrados de libertad. Calcule la proporción de alimentación (litros de solución al 20% /
litro de solución al 60%).
c. ¿Qué velocidad de alimentación de la solución al 60% (L/h) se requeriría para dar 1250
kg/h del producto?
5. El siguiente es el diagrama de flujo marcado para un proceso de dos unidades en estado
estacionario. Indicando las fronteras para denotar los subsistemas sobre los cuales...