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Tarea 4 – Análisis de problemas de balance de energía

Autor : Luis Felipe Salamanca Burgos 1.000.939.791

Tutor : Ibeth Rodríguez

Curso : Balance de materia y energía Grupo : 301103_41

Universidad Nacional Abierta y a Distancia Ciencias Básicas, Tecnología e ingeniería de alimentos Duitama Boyacá 2020

1. Problema de determinación de entalpía Calcular la entalpía de líquido saturado a una presión igual a sus últimos 3 dígitos de su cédula en kPa.

Se utilizo lacalculadora de interpolacion para hallar laentalpia de liquido saturado tambien se utilizo las tablas de la entalpia Presión :791 kg

h f =718,760

KJ kg

2. Problema de cambio de temperatura “calor sensible” Se desea enfriar un puré de guisantes desde 80°C hasta 25°C. Para ello se utiliza agua a 8°C, la que se calienta hasta 20°C. Si la cantidad de puré a enfriar es de 6000 L/h, ¿Qué cantidad de agua debería usarse? El Cp de los guisantes es 0,91 kcal/kg°C

Densidad: 1.1 kg/l T I .agua: 8 °C T I. pure : 80 °C m . pure: 6000 L/h

T F .agua: 20 °C Pure T F. pure : 25 °C

c P=0,91

kcal kg =1,1 densidad kg ° c L

Q=m×C p × ∆ T Q a=Q b agua=m H 2 O× C p × ∆ T pure=m ×C P × ∆T 6000

L kg ×1,1 h L 66 00

kg h

( kgkcal° C ) × ( 20 ° C−8 ° C )=(6600 kgh ) ×( 0,91 kgkcal° C )× ( 80° C−25 ° C ) kcal kg kcal m H O ×( 1 × ( 12 ° C )=( 6600 ) × (0,91 × ( 55° C ) ) kg ° C h kg ° C ) kcal kg kcal m H O ×( 12 =( 6600 ) × ( 0,91 × ( 55 ° C ) ) kg h kg ° C ) kcal kg kcal m H O ×( 12 =330330 ) kg h kg m H 2O × 1

2

2

2

kg kcal h kg kcal 12 kg

330330 m H 2 O=

m H 2 O=

330330 kg 12 h

m H 2 O=27527,5

kg h

3. Problema de cambio de fase “calor latente” ¿Cuál será la cantidad de calor que deberá quitarse a una tonelada /h de agua, que está a 20°C para convertirla en hielo a -20°C?

Agua: 1 tonelada /h

Enfriador Temperatura : - 20 °C

Calor sensible

Q 1=Cp ×m × ( T 2−T 1) Q 1=4 , 18

KJ × 1000 kg × ( 0 ° C−20 ° C ) kg

Primero se realiza laresta y despues lamultiplicación Q 1=4 , 18

KJ × 1000 kg × (−20 ) kg

Q 1=4180 KJ ×(−20) Q 1=−83600 KJ

Calor latente

Q 2=Cp ×m Q 2=−334,72

KJ ×1000 kg kg

Q2=−334720 KJ

Q 3=Cp ×m × ( T 2−T 1 )

Q 3=2092

KJ ×1000 kg × (−20 ° C−0 ° C ) kg

Primero se realiza la resta y despues la multiplicación Q 3=2092

KJ ×1000 kg × (−20 ) kg

Q3=2092000 KJ × (−20 ) Q3=−41840 KJ

Q 1 +Q 2 +Q 3=CANTIDAD DE CALOR −83600 KJ + (−334720 KJ ) + (−41840 KJ ) −418320 KJ + (−41840 KJ ) −460160 KJ

4. Problema de calentamiento mediante un intercambiador de calor A un calentador entran 500 kg/min de aire a 24°C y 1,35 kg/min de vapor de agua saturado a 30 kPa. El vapor ingresa por un intercambiador de calor para calentar el aire y salir como líquido condensado. Calcule la temperatura máxima posible para el aire que sale. El calor específico del aire es 1,01 kJ/kg°C.

M1 : 500 kg/min T : 24 ° C

Calentador

Intercambiador de vapor

M2 : 1,35 kg/min Vapor De agua saturado : 30 kPa

Qaire =m1 × C p 1 ×(T 2−T 1)

Q aire =500

kg KJ ×1.01 ×(24 ° C−0 ° C) min kg ° C

Q aire =505

KJ ×24 ° C min ° C

Q aire =12120

KJ min

la entalpia de vapor saturado de 30 kg=2624.421 Qagua =m2 × hg Q agua =1.35

kg KJ ×2624.421 min kg

Q agua =3542.967

KJ min

Qentrada=Qaire +Qagua Q entrada=12120

KJ KJ +3542.967 min min

Q entrada=15662.967

KJ min

Qairecondensado =m×C p × ( T 2−T 1) Q airecondensado =500

15662.967

kg KJ × 1.01 ×(T 2−0) min kg ° C

KJ kg KJ =500 ×1.01 ×( T 2−0) min min kg ° C

KJ min =(T 2−0 ° C) kg KJ 500 × 1.01 min kg ° C 15662.967

KJ kg

KJ min + 0° C=T 2 kg KJ 500 × 1.01 min kg ° C 15662.967

15662.967 +0 ° C=T 2 500× 1.01° C

15662.967 =T 2 505° C

T 2=31.0157 ° C

5. Problema con reacción química La obtención de bióxido de carbono puede hacerse a partir de la siguiente reacción: CO(g) + ½ O2(g) → CO2(g). Calcule el calor que se requiere generar o eliminar del reactor por cada kilogramo de CO2(g) que se produce considerando la información que se presenta a continuación: CO(g) ∆H°f −26,416 (kcal/mol) O2(g) 0å CO2(g) −94,052(kcal/mol)

CO ( g)+ ½O 2(g)→ CO 2(g)

CO ( g ) ∆ H ° f =−26,416

kcal mol

CO 2 ( g ) ∆ H ° f =−94,052

(

1 mol × −94,052

kcal mol

kcal kcal − −26,416 mol mol

)(

)

(

−94,052− −26,416 −67,636

kcal mol

)

kcal mol

El peso molecular de CO 2=44.01 44.01

gr mol

gr 1 kg × mol 1000 gr

44.01 kg 1000 mol 0.04401

∆H

kg mol

kcal 1 CO 2 )=−67,636 × ( kcal kg mol ( 0.04401 kg ) mol

∆H

kcal CO 2 )=−1536.83 ( kcal kg kg