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• AstridMelaniLagosQuintana

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32. Una corriente de 100 kg/h de propileno gaseoso H2C=H-CH2 a 5 bares y 90°C era calentada hasta una temperatura de 310°C por medio de un serpentin que le suministraba el calor necesario para alcanzar dicha temperatura. lamentablemente el sistema fallo y se requiere en forma urgente evaluar la alternativa de usar otro equipo disponible que entrega 12kW de calor. Determine la temperatura que alcanzaría el propileno con este último equipo y defina si recomienda su uso o no. Indicando las consideraciones y cuidados que debería tener. Solución: Propileno

Propileno

Propileno

T2 =310°C

T1 = 90°C

Calentamie nto A

T1 = 90°C 100kg/h

Propileno

Calentamie nto B

100kg/h

T2= ?°C 100kg/h

100kg/h P=5bar

P=5bar

P=5bar P=5bar

Calculamos los moles de propileno: 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑝𝑟𝑜𝑝𝑖𝑙𝑒𝑛𝑜 =

100𝑘𝑔 1000𝑔 1𝑚𝑜𝑙 𝑥 𝑥 = 2376.4 𝑚𝑜𝑙/ℎ 1ℎ 1𝑘𝑔 45.08𝑔

Capacidad calorífica del propileno: 𝐽

Cp =64.3𝑚𝑜𝑙°𝐶 1Kw =

1000𝐽 𝑠𝑒𝑔

𝑥

3600𝑠 1ℎ

= 3.6𝑥106 𝐽/ℎ

Realizamos el balance de energía: ∆H + ∆Ek +∆Ep =Q –W Q = ∆H ya que ∆Ek, ∆Ep y W son iguales a cero ∆H = ∑ 𝑛 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 𝐻𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 − ∑ 𝑛 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝐻𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑇2

∆H = 𝑛𝑝𝑟𝑜𝑝𝑖𝑙𝑒𝑛𝑜 ∫ 𝑇𝑟𝑒𝑓

𝑇1

𝐶𝑝 𝑑𝑡 − 𝑛𝑝𝑟𝑜𝑝𝑖𝑙𝑒𝑛𝑜 ∫ 𝑇𝑟𝑒𝑓

𝐶𝑝 𝑑𝑡

∆H = ∆H = ∆H =

2376.4mol h 2376.4mol

2376.4mol

90

𝐽

310

𝐽

𝐽

x 64.3 𝑚𝑜𝑙°𝐶 𝑑𝑡

90

h

h

310

∫25 64.3 𝑚𝑜𝑙°𝐶 𝑑𝑡 − ∫25 64.3 𝑚𝑜𝑙°𝐶 𝑑𝑡

9 2

64.3J

𝑥 mol°C 𝑥(310 − 90) ∆H =

33622206J h

Calculamos T2 en B: ∆H =

2376.4mol

T2

h

90

𝐽

𝑥64.3 𝑚𝑜𝑙°𝐶 𝑑𝑡

3.6x106 𝐽/ℎ =2376.4mol/hx64.3J/mol°C x (T2-90) T2 =113.6°C

33. Un flujo tiene las características de entrada y salida de una válvula que se indican en la tabla adjunta. 

Determine el caudal de salida de la válvula, en l/h



Escriba el balance de energía para la válvula, indicando claramente las consideraciones que hace para llegar a obtener el balance para la válvula.

Ítem Caudal , l/h Densidad, g/ml Flujo másico, kg/h Temperatura, °C Estado de agregación Capacidad calórica, Kcal/kg-°C

Corriente de entrada 245 0.94 230 12 líquido 1.1

Corriente de salida 232.32 0.99 230 60 líquido 1.1

Base de cálculo: 1 hora

Balance de materia:

𝑚1 = 𝑚2

230 𝑘𝑔 = 𝑚2

a) Caudal de salida:

𝑚̇ 2 = 𝜌2 ∗ 𝑄2

𝑚̇2 = 𝑄2 𝜌2

𝑘𝑔 ℎ =𝑄 2 𝑘𝑔 0.99 𝑙 230

232.32

𝑙 = 𝑄2 ℎ

b) Balance de energía

̇ + ∆𝐸̇ 𝑐 + ∆𝐸̇ 𝑃 𝑄̇ − 𝑊̇ 𝑠 = ∆𝐻

𝑊̇ 𝑠 = 0 (no hay partes móviles) 𝐸𝑐̇ = 0 (despreciando cambios de energía cinética) 𝐸𝑃̇ = 0 (unidad horizontal)

̇ + ∆𝐸̇ 𝑐 + ∆𝐸̇ 𝑃 𝑄̇ − 𝑊̇ 𝑠 = ∆𝐻

𝑄̇ = 𝑚̇[𝐶𝑝 (∆𝑇)]

𝑄̇ = 435

𝑘𝑔 𝑘𝑐𝑎𝑙 [1.1 ∗ (60 − 12)°𝐶] ℎ 𝑘𝑔. °𝐶

𝑄̇ = 12144

𝑘𝑐𝑎𝑙 ℎ