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2011
Trabajos Prácticos Unidad III:
Balances de energía

Contenidos de la Unidad:
Revisión de formas de la energía
- Clasificación de procesos
- El principio de conservación de la energía
- Ecuación general de balance de energía
- Cálculo, correlación y estimación de propiedades
termodinámicas
- Balances sobre procesos no reactivos en estado
estacionario y no estacionario, sin y concambio de fase.

Trabajos Prácticos Unidad III: Balances de energía
Guía Prácticos de Aula

Formas de energía- Cálculo de propiedades termodinámicas
Problema 1: Metano a 30ºC y 10 bars (abs) ingresa a una cañería de 3 cm de diámetro interno con una
velocidad de 5 m/s y sale en un punto situado 20 m más bajo que la entrada a 20ºC y 9 bars (abs).
Calcule la variación de las energíascinética, potencial e interna (específicas), aceptando que el metano
tiene comportamiento ideal.
Problema 2: La capacidad calorífica a presión constante del ácido cianhídrico viene dada por la expresión:

Cp( J / mol C) 35.3 0.0291* T ( C)
a) Formular una expresión para la capacidad calorífica a volumen constante para el HCN, suponiendo
comportamiento de gas ideal.
b) Calcular Ĥ para el proceso apresión constante:
HCN (25ºC, 1 atm)

HCN (100ºC, 1 atm)

c) Calcular Û para el proceso a volumen constante:
HCN (25ºC, 1 m3/kmol)

HCN (100ºC, 1 m3/kmol)

Problema 3: Estimar la entalpía específica del NH3 (g) en cal/mol a 200ºF y 100 psia respecto de
condiciones normales de presión y temperatura (esto es, la variación del valor de la entalpía tomando
como referencia las CNPT). Supongacomportamiento de gas ideal.
Problema 4:
a) Utilizar las tablas de vapor para determinar la capacidad calorífica media (kJ/kgºC) para el proceso:
H2O(v, 200ºC, 1 bar)

H2O(v, 300ºC, 1 bar)

b) Calcular Ĥ para el agua cuando ésta pasa de 20ºC y 1 bar a 300ºC y 5 bares.
Problema 5: Una corriente de proceso consiste de 30% de propano y 70% de butano en volumen, a 300ºC
y 3.5 bares. Calcularla entalpía específica de esta corriente en kJ/kg respecto de los componentes puros a
25ºC y 1 atm. Establecer claramente todas las suposiciones efectuadas.

Balances de energía en sistemas cerrados, y abiertos en estado estacionario, sin reacción
química
Problema 6: Diez kmol de un gas perfecto pasan por los procesos que se indican a continuación.
Para cada caso calcúlese: Q, W, U y H.Expresar los resultados en Joule y en calorías.
1. Proceso isotérmico: T= 27ºC, P1= 0.948 kgf/cm2, P2= 2.109 kgf/cm2. (Las presiones son
manométricas)
2. Proceso a volumen constante: V = 141.59 m3, P1 (abs) = 1.055 kgf/cm2, T2 = 38 ºC.
3. Proceso isobárico: P(abs)= 3 atm, T1= 38 ºC, T2 = -57 ºC.
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Trabajos Prácticos Unidad III: Balances de energía
Guía Prácticos de Aula

Problema 7: Uncalentador de 1500 W se conecta durante 16.67 min. Para calentar 5 kg de hielo a 0ºC. Si
no hay pérdidas de calor a los alrededores, encuentre el estado final de este hielo.
¿Es vapor, líquido o sólido, o es una mezcla de sólido-líquido o líquido-gas
Encuentre la temperatura final de estos 5 kg de agua.
Problema 8: Se deben calentar 800 kg/h de aire seco desde 20 ºC hasta 200 ºC para poderingresarlos a un
secadero.
Calcular los requerimientos energéticos necesarios para llevar a cabo la operación.
Suponer despreciables los cambios de energía cinética y potencial.
Problema 9: Se necesitan 1000 kg/h de vapor sobrecalentado a 300ºC y 1 bar para alimentar un
intercambiador de calor. Para producirlo se mezcla vapor saturado a 1 bar con una fuente de vapor
sobrecalentado a 400ºC y 1 bar.La unidad mezcladora es adiabática.
Calcule la rapidez de flujo necesaria de los dos chorros de alimentación.
Problema 10: A un intercambiador de calor ingresan 100 lb/min de aire seco a 75ºF y 5 psig. El elemento
calefactor es un serpentín de vapor al que ingresa 1 lb/min de vapor saturado a 5 psig
El intercambiador está lo suficientemente bien aislado de manera que las pérdidas de calor...