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• Raul Andres Castañeda

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UNIDAD 2: FASE 4 - FORO PARA RESOLVER PROBLEMAS PROPUESTOS DE BALANCE DE ENERGÍA

PRESENTADO POR

DAVID ZAMBRANO SALAMANCA CÓD. 7222700

TUTORA IBETH RODRIGUEZ

GRUPO 301103_2

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA ABRIL 2018

Problema 2. Calentamiento con vapor Un túnel de escaldado está diseñado para procesar 5000 kg / h de brócoli cortado usando vapor a presión atmosférica. Determine el consumo teórico de vapor, en este proceso el vapor transfiere únicamente calor de condensación.

B= T1 = 15°C

A = 5000 Kg /h brócoli T1 = 15°C

Datos: Flujo masico = 5000 kg / h brócoli Temperatura del brócoli en la entrada = 15°C Temperatura del brócoli a la salida=100°C Calor específico (Cp) del brócoli =3,8 kJ/kg°C Se asume una eficiencia del 100%

Q=m∗cp∗∆ T Q=5000

kg kJ ∗3.8 ∗(100−15 ) ° C=¿ h kg ° C Q=1.615 .000

Calor latente del vapor a 1 atmosfera λ=2256.54

kj kg

Kj h

Donde

Q=W λ W=

Q λ

DONDE

W = consumo de vapor kg Kj h kg W= =715,7 de vapor kj h 2.256,54 kg 1.615 .000

Problema 3. Enfriamiento Unos enlatados de jugo de verduras deben enfriarse de 93 ° C a 32° C antes del etiquetado. El peso promedio de cada lata vacía es de 170 g. La tasa de producción es de 300 latas / min, y se producirán 18000 latas/hora con un peso total de 3060 kg. La masa de jugo es de 26280 kg/h y la calor específico del jugo es de 3,7 KJ/kg° C. El calor específico (Cp) del acero es 0,46 kJ / kg ° C. Calcular la cantidad de calor total removido por hora.

JUGO SISTEMA DE ENFRIAMIENTO LATAS QT = CALOR QUE SE RETITA

DATOS: Temperatura inicial= 93 ° C Temperatura final = 32° C Peso de las latas = 3060 kg/h Flujo másico del jugo = 26280 kg/h Específico (Cp) del acero es = 0,46 kJ / kg ° C Calor específico del jugo es de 3,7 KJ/kg° C

Calor retirado de las latas por hora Q=m∗cp∗∆ T Q l=3060

kg kJ ∗0,46 ∗( 32−93 ) ° c h kg ° C

Ql=−85.863,6 Kj /h

Calor retirado del jugo por hora Q=m∗cp∗∆ T Q j=26280

kg kJ ∗3,7 ∗( 32−93 ) ° c h kg ° C

Q j=−5.931.396 Kj /h

El Q total del sistema QT =QL +QJ Q T =−85.863,6

Kj Kj −5.931.396 =¿ h h

Q T =−6.017 .256

Kj h

Problema 4. Enfriamiento Un puré de fruta a 95 ° C debe enfriarse continuamente a 5 ° C mediante la adición de hielo inicialmente a -18 ° C. El puré, con un calor específico de 3,3 kJ / kg ° C, se bombea a un recipiente aislado en agitación con la tasa de flujo requerida de hielo. El jugo que sale tiene un calor específico de 4,03 kJ / kg ° C. Determine la velocidad de flujo del hielo en el reactor si se bombea el puré a 0,5 kg / s.

HIELO

RECIPIENTE AISLADO PURE DE FRUTA

Q=m∗cp∗∆ T DATOS Temperatura del puré = 95 ° C Temperatura final de puré = 5 ° C Calor especifico = 3,3 kJ / kg ° C Flujo másico = 0,5 kg / s

PURE

Q=m∗cp∗∆ T Q=0,5

kg kJ ∗3,3 ∗( 5−95 ) ° c s kg ° C

Q=−148,5 Kj /s Calor que se libera del pure de fruta

Para hallar el flujo másico del hielo despejamos la siguiente ecuación

Calor especifico del hielo= 2090 J/kg K = 2,09 Kj/Kg °C m=

m=

Q =¿ cp∗∆ T −148,5 Kj /s =¿ Kj 2,09 ∗(−18−5 ) ° C Kg ° C

m=3,09 Kg/s

Problema 5. Enfriamiento ¿ Qué cantidad de solución de salmuera se necesita para enfriar 2000 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.

Para el desarrollo de cada problema de balance de energía tenga en cuenta los siguientes pasos:

a. Dibuje el diagrama de bloques del proceso mencionado en el ejercicio, las etapas pueden representarse por bloques. Es importante definir las entradas y salidas de cada etapa. b. Asigne a cada corriente un símbolo para los flujos de entrada y salida, incluya también símbolos para las corrientes de cada componente.

c. Identifique las condiciones Temperatura, y calor específico.

de

cada

corriente

especialmente

d. Realice los cálculos, e interprete si los resultados son coherentes.

Los integrantes del grupo construyen un documento con los aportes realizados; dando respuesta a los problemas. }

Solución

Salmuera Anilina

Anilina Salmuera

T = 77°F

PLANTEMIENTO DEL PROBLEMA

Ecuación de calor: Si no existen cambios de estado, el incremento de calor Q que absorbe o cede un cuerpo de masa m y de calor específico c, entre una temperatura inicial To y una temperatura final Tf, es:

Q=m∗cp∗∆ T

Salmuera: ρ=1,15 cp=0,82

g ml

cal g°C

Convertimos la temperatura °f a °C

T i=38 ° F=

( 38 ° F−32 )∗5 9

T i=3,33 ° C

T f =77° F= T f =25° C

( 77° F−32 )∗5 9

Anilina: ρ=1,20

g ml

cp=0,48

cal g° C

Convertimos la temperatura a °f a °C

T i=150 ° F=

( 150° F−32 )∗5 9

T i=65,55 ° C

T f =77° F=

( 77° F−32 )∗5 9

T f =25° C L ml ∗1.000 hr hr ml f =2000 =f =2.000 .000 L hr 1 hr

Masa de la Anilina

d=

m v

d=1,20

g m = ml 2.000 .000 ml

m=1,20

g ∗2.000 .000 ml ml

m=2400 Kg

es la masa de Anilina en el flujo en el Intercambiador.

Cantidad de calor requerida para enfriar la anilina Ecuación de calor: Q=m∗cp∗∆ T

Q=2.400.000 g∗0,48

cal ∗( 25 ° C−65,55 ° C ) g°C

Q=2.400.000 g∗0,48

cal ∗(−40,55° C ) g°C

Q=−46.713 .600 cal El signo negativo indica que efectivamente se retiró calor del producto.

Cantidad de salmuera utilizada Q=m∗cp∗∆ T Despejamos la masa de la ecuación m=

m=

Q cp∗∆ T −46.713.600 cal cal 0,82 ∗21,67 ° C g°C

m=2.628 .879 g

Flujo másico de la salmuera en una hora

kg ∗1h h kg 2.628,9 =43,81 60 min min

Por medio de la ecuación de densidad hallamos el volumen de la salmuera ρ=

m v

v=

m ρ

v=

2.628.878 g g 1,15 ml

v=2.285 .982ml=2.286 L

Lo convertimos a unidad de tiempo que es 1 hora y queda en caudal L ∗1 h h L 2.286 =38,1 60 min min

BIBLIOGRAFÍA

Méndez, D. F. (2014). Los procesos industriales y el medio ambiente: un nuevo paradigma. Recuperado de: http://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2051/login.aspx? direct=true&db=edselb&AN=edselb.10915216&lang=es&site=eds-live

Fonseca, V. (2009). Balance de Materiales y Energía. Bogotá, Colombia: UNAD. Recuperado de: http://hdl.handle.net/10596/9614 Muñoz, A. V., & Maroto, V. A. (2013). Operaciones unitarias y reactores químicos. Recuperado de: http://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2051/login.aspx? direct=true&db=edsebk&AN=870503&lang=es&site=eds-live