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Balance de Materia y Energía

Problemas Resueltos

Balance de Materia y Energía

Proceso de mezclado Dos corrientes de agua se mezclan para formar la alimentación de una caldera. Los datos del proceso son los siguientes:

Calcular el aporte de calor en la caldera en kJ/min si el vapor que sale está saturado a la presión de la caldera. Ignorar las energías cinéticas de las corrientes.

Balance de Materia y Energía

Bombeo de agua Se bombea agua desde el fondo de un pozo de 15 ft de profundidad a razón de 200 gal/h para introducirla en un tanque con respiradero situado 165 ft por encima del suelo, con objeto de mantener constante el nivel de agua en el tanque. Para evitar que el agua se congele, un pequeño calentador introduce 30000 Btu/h en el agua durante su transferencia desde el pozo hasta el tanque de almacenamiento. Se pierde calor del sistema a una velocidad constante de 25000 Btu/h. ¿Qué temperatura tiene al agua al ingresar en el tanque de almacenamiento, suponiendo que el agua del pozo está a 35°F? Se usa una bomba de 2 hp para subir el agua. La bomba tiene una eficiencia del 55%. Considere que Cp es constante de T1 a T2 e igual a 1 Btu/(lb)(°F).

Solución.Supondremos que se trata de un proceso continuo en estado estacionario en el que continuamente entra material al sistema y sale de él. Consideraciones: - Para un proceso en estado estacionario, no hay acumulación, así que A = 0. - Nivel de referencia: Pto. 1=> z1 = 0 y z2 = 180 ft - No existe pérdidas por fricción, F = 0 - m1 = m2 = m - ΔEc = 0 porque supondremos que v1 ≈ 0 y v2 ≈ 0

La ecuación del balance de energía queda como:

… (1)

Sabemos también que:

La masa total de agua bombeada es:

El cambio de energía potencial:

El calor que pierde el sistema es de 25 000 Btu, en tanto que el calentador introduce 30 000 Btu en el sistema; por tanto, el intercambio neto de calor es:

Q = 30000 – 25000 = 5000 Btu/h La potencia con que la bomba efectúa trabajo sobre el agua es:

Balance de Materia y Energía

Luego reemplazando valores en la ecuación 1 se tiene:

5000 Btu – (-2800) Btu = 1666 lb/h • 1Btu / (lb)(°F) • (T2 – 35)°F + 385.45 T2 = 39.45°F