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• Kevin Quiroga yañez

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TAREAS SEGUNDO EXAMEN PARCIAL 1.

BALANCE DE ENERGIA GLOBAL. Aire fluyendo a una velocidad másica constante de 600 lb/h es calentado de 70 °F a 190 °F. El calentamiento se logra en un intercambiador de calor vertical de sección transversal constante. El intercambiador tiene 12 pies de largo. La presión de la corriente de aire de entrada en el fondo del Intercambiador es de 18 psia y existe una caida de presión de 2 psia a través del aparato debido a la fricción. La velocidad lineal promedio del aire en la entrada es de 15 pie/s. Suponiendo que el aire se comporta como un gas ideal y que tiene un cP = 0,24 btu/lb, calcular el calor neto absorbido por el aire en btu/h.

2.

BALANCE DE ENERGÍA GLOBAL. Agua líquida bajo una presión de 150 kPa absoluta entra a un caldero a 18 °C a través de una tubería a una velocidad promedio de 4 m/s en flujo turbulento. El vapor sale a una altura de 40 m del nivel de la entrada a 200 °C y 150 kPa absoluta y una velocidad de 16 m/s en flujo turbulento. El proceso está en estado estacionario. Cuanto calor debe ser añadido por kg de vapor?

3.

BALANCE DE ENERGIA Vapor a 200 °C y 7 x 10 5 Pa entra en una boquilla a una velocidad estacionaria de 60 m/s. El vapor sale a una velocidad de 600 m/s y una presión de 1,4 x 10 5 Pa. Calcular la temperatura y la calidad del vapor.

4.

Demostrar que el flujo de un líquido en régimen laminar entre platos paralelos infinitos está dado por: P1  P2 

12 v prom L a2

donde a = distancia entre los platos; L = largo de los platos en dirección del flujo. La ecuación del perfil de velocidades entre platos paralelos se encuentra en el resultado del ejercicio 2.9.2 del Geankoplis. 5. BALANCE DE ENERGIA MECANICA. Aceite viscoso que tiene una gravedad específica (densidad relativa) de 0,80 y una viscosidad de 400 cP se drena por gravedad desde el fondo de un tanque. La altura del líquido por encima de la conexión de drenaje es 6 m. La línea que parte desde la conexión de drenaje es 4” cédula 40. Su largo es de 45 m y contiene un codo y dos válvulas de globo. El aceite descarga a la atmósfera 9 m debajo del drenaje del tanque. ¿Qué velocidad de flujo en m 3/h puede esperarse a través de la línea? 6. Un medidor Venturi horizontal que tiene un diámetro de garganta de 20 mm se coloca en una tubería de 75 mm de DI. Agua a 15º C fluye a través de la tubería. Un manómetro que contiene mercurio debajo del agua mide la presión diferencial en el instrumento. Cuando la lectura del manómetro es 500 mm, ¿cuál es la velocidad de flujo en litros por minuto? Si el 12 % de la presión diferencial se pierde permanentemente, ¿cuál es el consumo de potencia del medidor? 7. Una torre de 50 pies de largo y 20 pies de diámetro se empaca con esferas de una pulgada de diámetro. El gas entra a la parte superior del lecho a 500°F y sale a la misma temperatura. La presión en el fondo del lecho catalítico es de 30 psia. La porosidad del lecho es 0,40. Si el gas tiene las mismas propiedades que el propano y el tiempo de contacto entre el gas y el catalizador es de 10 s, ¿cuál es la presión de entrada?

8. Un lecho de adsorción de “tamiz molecular” consiste de cilindros de 1/16 de pulgada de diámetro y 3/16 de pulgada de longitud empacados al azar dentro de un recipiente metálico cilíndrico. Se hace pasar oxígeno a -128,9 ºC y 6,8 atm absolutas a través del lecho a una velocidad lineal (basada en área de sección transversal de lecho vacío) de 0,30 m/s para quitar impurezas tales como hidrocarburos livianos y gases inertes. ¿Cuál es la caída de presión a través de un lecho de 3,05 m de longitud? 9. Un aceite de peso específico = 0,87 y 6 cp de viscosidad fluye a través de de una tubería. Se utiliza un orificio con un diámetro que es la mitad del diámetro interior del tubo para medir el flujo. Se propone cambiar este orificio por un medidor venturi que tiene un diámetro de garganta igual que el medidor de orificio. Si el coeficiente del orificio es 0,61 y el del venturi es de 0,98, para un mismo caudal, calcular: a. La razón o relación entre la lectura del venturi a la lectura del orificio b. La razón o relación entre la pérdida neta de presión del venturi a la pérdida de presión neta del orificio 10. Una planta hidroeléctrica se alimenta de agua mediante un ducto largo de 6400 m que va desde una presa hasta las turbinas. El ducto está hecho de concreto y tiene 1,20 m de diámetro. La entrada del ducto en la presa está a 12 m debajo de la superficie del agua y a 60 m encima de la entrada a la turbina. La turbina descarga a la atmósfera. ¿Qué velocidad de flujo volumétrico se espera? ¿Cuál es la potencia que la turbina desarrolla con ese flujo? La presión a la entrada de la turbina es de 2 psig (manométrica) 11. Se desea instalar una bomba para suministrar agua desde un tanque subterráneo hasta otro tanque situado en el techo de un domicilio de dos pisos. La boca de la tubería de succión de 1” de acero comercial toma agua en el fondo del tanque de 1,5 m de profundidad y tiene dos codos de 90° y una válvula de retención. La bomba está situada en la superficie. La tubería de impulsión de ¾” tiene una longitud 30 m, 4 codos de 90° y descarga el agua mediante un flotador a la presión atmosférica (despreciar la fricción del flotador). Se quiere llenar el tanque elevado de 500 litros en un tiempo de 15 minutos. La diferencia de alturas entre las superficies de los dos tanques es de aproximadamente 8 m. Tomando en cuenta una eficiencia de la bomba de 75%, calcular la potencia en kW que se necesita para la bomba. La temperatura promedio del agua en verano es de 20 °C. 12. Se desea medir, mediante la instalación de un medidor de orificio de borde fino, una corriente de aproximadamente 250 kg/h de aire fluyendo a 20 ºC y 7 000 Pa manométricos a través de una tubería de acero catalogo 40 de 4 pulgadas de diámetro nominal. Para facilitar la lectura, se decide que la diferencia de presiones mínima sea de 5,0 cm de agua entre las dos salidas al tubo manométrico. Qué diámetro de orificio recomendaría instalar? Cuál es su estimación de la presión estática aguas abajo del orificio? (C o= 0,61) 13. Aire a 93,3 ºC es forzado a través de un tubo largo y circular de 914 mm de diámetro. La lectura de un tubo de pitot se toma en el centro del tubo a una distancia suficiente de las perturbaciones para asegurar una distribución normal de velocidad. La lectura es de 13,7 mm de agua y la presión estática en el punto de medida es de 387 mm de agua. El coeficiente en el tubo de pitot es 0,98. Calcular el flujo de aire en m3/s medidos a 15,6 ºC y una presión barométrica de 760 mm Hg. 14. Un lecho de cubos de 0,25 pulgadas de arista se usa como empaque en una torre de absorción. Los cubos se derraman dentro de la carcasa cilíndrica de la torre hasta una altura de 10 pies. Determinar la caída de

presión a través del lecho, si el aire entra a 80 ºF, 100 psia y sale a 400 ºF. La velocidad específica de masa es de 1000 lb/h.pie2. 15. Se instala un venturímetro en una conducción de 4 pulgadas esquema 40, con el fin de medir el flujo de agua que circula por la misma. La velocidad de flujo máxima se supone que no es mayor que 1 200 l/min a 15º C. Para medir la diferencia de presiones se utiliza un manómetro de 1,25 m, que se llena con mercurio y sobre el mismo existe agua en las dos ramas. La temperatura global de agua es de 15 ºC. Calcular el diámetro de la garganta que debe emplearse en el tubo de Venturi. 16. Una columna de 942 cm2 de sección y 185 cm de altura, está rellena con partículas de cuarzo de 2 mm de diámetro equivalente. Cuando se mantiene entre los extremos del lecho una diferencia de presión de 10,75 atm, una solución de sacarosa del 60% fluye a través del lecho con un flujo másico de 6 640 kg/h a la temperatura de 20° C. A esta temperatura la viscosidad de la solución es  = 56,5 cp y su densidad  = 1,2865 g/cm3. ¿Cuál es la fracción de espacios vacíos? Nota: suponer la esfericidad de partículas de arena 17. Se desea descargar metano a una planta de síntesis a una velocidad de flujo volumétrico medido a 60° F y 760 mmHg, de 150 000 000 de pies cúbicos por día de 24 horas. La planta está localizada a 2 millas de la estación compresora. Las condiciones de descarga son de 60°F y 10 psig de presión en la planta de síntesis. Si el gas sale a una temperatura de 60° F, ¿cuál será la presión de descarga en la salida del compresor? Suponer un cambio despreciable en elevación entre los puntos terminales. La tubería es de acero de 24 pulgadas de diámetro interior