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BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA GRUPO: 301103_23

DESARROLLAR BALANCES DE ENERGIA DE PROBLEMAS INDUSTRIALES Unidad2: Fase 3

ELABORADO POR: DANIEL FARÍAS FERNANDEZ CEDULA: 1130682733

TUTOR: ANA CAROLINA ACUÑA

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA 23 de Octubre del 2018

1. (Enfriamiento) Un intercambiador de calor es utilizado para enfriar 120 kg/h de jugo concentrado (35% de sólidos) de 80 hasta 20°C empleando agua a 15°C como medio de enfriamiento. A la salida del intercambiador la temperatura del agua es de 25°C. Calcule la cantidad de agua que debe ser suministrada al equipo. El calor específico promedio del jugo concentrado en J/kg°C puede ser calculado a partir de la ecuación:

Cp = 3349 x + 837.36, donde x es la fracción másica de agua. Asuma el calor específico del agua igual a 4.18 kJ/kg°C.

Solución: De la primera Ley de Termodinámica, el calor absorbido por el agua (Qagua) es igual al calor cedido por el jugo concentrado (Qconcentrado): Qa=Q c

Por otro lado, el calor absorbido (Qagua) es igual a la masa de agua (magua) por el calor específico del agua ((Cpagua = 4.18 kJ/kg °C)) por la diferencia de temperatura: Qa=m∗C p∗∆ T Y el calor cedido por el jugo concentrado (Qjugo) es igual a la masa de jugo concentrado (mjugo) por el calor especifico del jugo (Cpjugo) por la diferencia de temperatura: Qc =m∗C p∗∆ T

La fracción másica del agua x, es igual a la masa de agua en el jugo sobre la masa total de jugo concentrado: x=

magua en el jugo mtotal de jugo concentrado

Como el jugo concentrado tiene 35% de sólidos, significa que contiene 65% de agua, es decir: m

=m

agua en el jugo

jugo concentrado

(1 - 0,35 sólidos presentes)

m=120 kg /h x (1−0,35)=78 kg / h

Por tanto, la fracción de agua en el jugo es: kg h X= =0,65 ( 65 ) kg 120 h 78

Y el Cp de jugo será: C p =3349∗0,65+ 837.36=3014.21 kJ /kg ° C Al reemplazar en la formula ma∗C pa∗∆T a=m j∗C pj∗∆T j

ma 4.18 kJ /kg ° C (25 ° C−15 ° C)=120 kg /h x 3014.21 kJ /kg ° C x (80 ° C−20 ° C) m a=

41.8 kJ /kg ° C =519194.07 kg/h 21702312 kJ /h

R/Que representa la masa de agua que se requiere para enfriar el jugo

concentrado.

2.

(secado)

Para conservar la papa se requiere disminuir la humedad desde 80% hasta 40% en peso base húmeda. El equipo de secado tiene una presión manométrica de 14,4 kPa y se encuentra ubicado en una ciudad donde la presión atmosférica es de 128,9 kPa. Si al secador entran 5.000 kg/h de papa y su calor específico es 0,842 kcal/kg °C, calcular: a. Cantidad de agua evaporada. b. Temperatura a la que se evapora el agua. c. Calor requerido para calentar la papa hasta la temperatura de evaporación. d. Calor requerido para evaporar el agua. e. Calor total requerido.

Solución: 1: H=80%

2: H=40%

SECADOR

5000 kg/h

3: Vapor de agua

Pab=Pat + P m=128,9 kPa+14,4 kPa=143,3 kPa C p =0,842 kcal/kg ° C

A. Balance de masa: m1=m2+ m3 m1=5.000+m3

Cantidad total de agua: mtotal agua=5.000

kg kg ∗0.8=4000 h h

Balance de agua: xm 1= ym2+ m3 4000=0,4 m 2 +5000−m2 0,6 m2=1000

m2=1666,7

kg h

Agua evaporada: m3=m1−m2=5000−1666,7=3333,4

kg h

B. Datos posibles: -

vapor saturado entrada a temperatura ambiente 25°C Pab=Pat + P m=128,9 kPa+14,4 kPa=143,3 kPa

R/ la presión absoluta es de 143,3 kPa y le corresponde una temperatura de 106,4 °C

C. Q=m∗C p∗∆ T

Q=5000 kg∗0,842 Q=5000 kg∗3,53

Kcal ∗106,4 ° C−25° C kg∗° C

J ∗106,4 ° C−25 ° C g r∗° C

9

Q=1,43∗10 j=398,23 kWh

D. Datos: -

Entalpia de vaporización del agua a 1 atm es igual a 2256,5 kj/kg. kg Masa del agua es m3=m1−m2=5000−1666,7=3333,4 h

Q=m∗λ( calor latentede fusión en cal /gr )

Q=3333,4

kg kj ∗2256,5 h kg

Q=7521424,8 kj=2089,3 kWh

E. Datos:

-

9

Q=1,43∗10 j=398,23 kW h Q=7521424,8 kj=2089,3 kWh

Qt =Q 1+Q 2=398,23+2089,3=2487,53 kW h

3.

(Calentamiento)

En una planta para pasteurizar leche se usa como medio de calentamiento vapor saturado a una presión absoluta de 143,3 kPa. Si el vapor solo entrega el calor de condensación y no hay pérdidas, calcular para el líquido saturado que sale: b. Temperatura. c. Energía. Asumir que se utilizan 100 kg de vapor, la temperatura de referencia es 25°C. 100 Kg vapor saturado P=143,3 kPa

Calentador

A. Capacidad calorífica del vapor = 2,009 J/kg*K = 0,002009 J/gr*°C Q=m∗C p∗∆ T

Q=100 kg∗0,002009

J ∗25 ° C g r∗° C

Q=−52824,53 J =−0,01467 kWh

Liquido saturado P=143,3 kPa