Probles de balance de materia y energia

PROBLEMAS DE BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA

NANCY EBNER GERSCHBERG

PROBLEMA 1.-
Un evaporador es un tipo especial de intercambiador de calor en el que se utiliza vapor para calentar una solución con el propósito de eliminar algo del solvente por evaporación. En el evaporador ilustrado en la figura, se alimenta una salmuera que contiene 1 % en peso de sal en agua, a una presión de 1 bar y50 ºC. La salmuera de descarga contiene 5 % en peso de sal y está en forma de líquido saturado a 1 bar. El agua evaporada corresponde a vapor saturado. Si se utiliza vapor saturado a 2 bares como fuente de calor, y si el condensado producido se supone líquido saturado a 2 bares, calcule los kilogramos de vapor de 2 bares que se requieren por kilogramo de agua evaporada. Suponga que la salmueratiene las mismas propiedades del agua líquida.

PROBLEMA 2.
Las sucesivas crisis energéticas que han venido ocurriendo desde la crisis del petróleo en la década del 70, ha forzado a los ingenieros a buscar formas cada vez más eficientes de emplear la energía disponible. Adicionalmente la mayor conciencia en los últimos años de las consecuencias del uso excesivo de combustibles y del efectoinvernadero han llevado a muchas empresas a aprovechar mejor sus recursos energéticos, incluidos aquellos de desechos. En éste marco de acción, la empresa del problema anterior ha decidido aprovechar el calor que llevan asociados los gases producto de la combustión, que actualmente se descargan a alta temperatura a la atmósfera, para producir vapor de agua que requiere en otra parte delproceso. Suponga que se descargan 1000 Kgmol/h de gases de combustión, cuya entalpía es 2000 kJ/Kgmol y que la temperatura de dichos gases sólo podría disminuir hasta un punto en el que la entalpía fuera 800 kJ/Kgmol (para evitar problemas de corrosión). Por otra parte para la producción de vapor de agua se dispone de agua líquida a 30 ºC y 50 bar. Determine la cantidad de vapor de agua saturado a 50bar que se pueden obtener.
PROBLEMA 3.
Dos flujos cuyas características se indican en la tabla adjunta se mezclan como lo indica la figura.

|Item |Corriente 1 |Corriente 2 |Corriente 3 |
|Caudal, l/h |245 | ||
|Densidad, g/ml |0.94 |0.99 | |
|Flujo másico, kg/h |230 |205 |435 |
|Temperatura, ºC |12 |60 ||
|Estado de agregación |líquido |líquido |líquido |
|Capacidad calórica, Kcal/kg-ºC |1.1 |1.1 | |

i. Escriba el balance de materia para el nodo
ii. Escriba el balance de energía para el nodo
iii. Determine la temperaturade la corriente 3

PROBLEMA 4.
300 gmol/h de una mezcla gaseosa de 20 % molar de propano y 80 % molar de butano, a 10 ºC y 1.1 at y 200 mol/h de una segunda mezcla gaseosa de 40 % molar de propano y 60 % molar de butano a 25 ºC y 1.1 at, se mezclan, sin reacción química, en un mezclador adiabático y luego la mezcla resultante se calientan hasta 227 ºC a presión constante.

i. Haga unesquema del proceso
ii. Establezca los balances de materia del proceso y determine la composición de la mezcla resultante.
iii. Establezca el balance de energía y calcule el calor necesario para calentar la mezcla resultante hasta 227 ºC.

Considere que las mezclas gaseosas se comportan idealmente y que las entalpías del propano y del butano son las siguientes:

|Temperatura, T (ºC)...