08 Problemas Balance De Materia Y Energia

"Lea 3 veces cada problema antes de empezar a resolverlo" PROBLEMAS DE BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA NANCY EBNER GERSCHBERG

PROBLEMA 1.Un evaporador es un tipo especial de intercambiador de calor en el que se utiliza vapor para calentar una solución con el propósito de eliminar algo del solvente por evaporación. En el evaporador ilustrado en la figura, se alimenta una salmuera que contiene 1 % en peso de sal en agua, a una presión de 1 bar y 50 ºC. La salmuera de descarga contiene 5 % en peso de sal y está en forma de líquido saturado a 1 bar. El agua evaporada corresponde a vapor saturado. Si se utiliza vapor saturado a 2 bares como fuente de calor, y si el condensado producido se supone líquido saturado a 2 bares, calcule los kilogramos de vapor de 2 bares que se requieren por kilogramo de agua evaporada. Suponga que la salmuera tiene las mismas propiedades del agua líquida. Vapor saturado 1 bar

Condensado saturado 2 bares

Vapor saturado 2 bares

PROBLEMA 2. Las sucesivas crisis energéticas que han venido ocurriendo desde la crisis del petróleo en la década del 70, ha forzado a los ingenieros a buscar formas cada vez más eficientes de emplear la energía disponible. Adicionalmente la mayor conciencia en los últimos años de las consecuencias del uso excesivo de combustibles y del efecto invernadero han llevado a muchas empresas a aprovechar mejor sus recursos energéticos, incluidos aquellos de desechos. En éste marco de acción, la empresa del problema anterior ha decidido aprovechar el calor que llevan asociados los gases producto de la combustión, que actualmente se descargan a alta temperatura a la atmósfera, para producir vapor de agua que requiere en otra parte del proceso. Suponga que se descargan 1000 Kgmol/h de gases de combustión, cuya entalpía es 2000 kJ/Kgmol y que la temperatura de dichos gases sólo podría disminuir hasta un punto en el que la entalpía fuera 800 kJ/Kgmol (para evitar problemas de corrosión). Por otra parte para la producción de vapor de agua se dispone de agua líquida a 30 ºC y 50 bar. Determine la cantidad de vapor de agua saturado a 50 bar que se pueden obtener.

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"Lea 3 veces cada problema antes de empezar a resolverlo" PROBLEMA 3. Dos flujos cuyas características se indican en la tabla adjunta se mezclan como lo indica la figura. 2

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Item Caudal, l/h Densidad, g/ml Flujo másico, kg/h Temperatura, ºC Estado de agregación Capacidad calórica, Kcal/kg-ºC

Corriente 1 245 0.94 230 12 líquido 1.1

Corriente 2 0.99 205 60 líquido 1.1

Corriente 3 435 líquido

i. Escriba el balance de materia para el nodo ii. Escriba el balance de energía para el nodo iii. Determine la temperatura de la corriente 3 PROBLEMA 4. 300 gmol/h de una mezcla gaseosa de 20 % molar de propano y 80 % molar de butano, a 10 ºC y 1.1 at y 200 mol/h de una segunda mezcla gaseosa de 40 % molar de propano y 60 % molar de butano a 25 ºC y 1.1 at, se mezclan, sin reacción química, en un mezclador adiabático y luego la mezcla resultante se calientan hasta 227 ºC a presión constante. i. Haga un esquema del proceso ii. Establezca los balances de materia del proceso y determine la composición de la mezcla resultante. iii. Establezca el balance de energía y calcule el calor necesario para calentar la mezcla resultante hasta 227 ºC. Considere que las mezclas gaseosas se comportan idealmente y que las entalpías del propano y del butano son las siguientes: Temperatura, T (ºC) 10 25 227

Entalpías, H (J/mol) Propano 100 1772 20685

Butano 120 2394 27442

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"Lea 3 veces cada problema antes de empezar a resolverlo" PROBLEMA 5.Una mezcla que contiene 46 % en peso de acetona (CH3COCH3), 27 % de ácido acético (CH3COOH) y 27 % de anhídrido acético (CH3CO-O-OCCH3) se destila a presión atmosférica. La alimentación entra a una columna de destilación a T= 348 K a una velocidad de 15000 kg/h. El destilado (que sale por el tope de la torre de destilación) es esencialmente acetona pura, y el producto de la parte inferior contiene 1% de la acetona en la alimentación. El vapor de salida de la cabeza de la columna entra a un condensador a 329 K y sale como líquido a 303 K. La mitad del condensado se extrae del sistema en tanto que el resto se retorna como reflujo a la columna. El líquido que sale por la base de la torre va a un calentador de vapor, donde es parcialmente evaporado. La fracción vaporizada (3.2 % de acetona, 73.8 % de ácido y 23 % de anhídrido acético) vuelve a la columna a una temperatura de 398 K, y el líquido residual, también a 398 K y en equilibrio con el vapor, constituye el producto inferior o también llamado producto de cola de la torre. Determine: a.- Las velocidades de flujo y las composiciones de los flujos de productos b.El que es necesario retirar en el condensador, QC (kJ/h) QC

QR

Cpl kJ/kg-K Acetona 2.30 Acid. Ac. 2.18 Anh. Ac. ?

Cpv kJ/kg-K 0.459 0.688 0.751

∆ Hv kJ/kg 521 407 ?

PROBLEMA 6.Se permite que el contenido de un estanque cerrado y rígido (que contiene 1 kg de vapor a 593 ºC y 150 bares) fluya hacia un estanque inicialmente vacío, de igual capacidad, hasta que la presión en ambos estanques es la misma. Si el proceso ocurre isotérmicamente, calcule: a.- La presión y temperatura final en el sistema combinado de dos estanques. b.- La cantidad de calor que deberá suministrarse, para lograr que el proceso sea isotérmico. válvula Estanque 1

Estanque 2

PROBLEMA 7. Un aceite combustible se quema en un horno, generando 556 kW de calor, de los cuales el 90 % se utiliza para producir vapor saturado a 10 bares (absoluta) a partir de agua líquida a 20 ºC. ¿A qué velocidad, en m3/h, se produce el vapor? 3

"Lea 3 veces cada problema antes de empezar a resolverlo" PROBLEMA 8.Una corriente que contiene 60 % de n-octano y 40 % de n-decahexano (en base molar), a 5 bares y 400 K, se separa en corrientes de líquido y vapor a 4 bares y 400 K. Se puede suponer que la alimentación entra al sistema en dos fases y que la caída de presión ocurre totalmente en la válvula de expansión. Calcule la fracción vaporizada a la salida del flash si las corrientes de descarga de líquido y de vapor están en equilibrio y sus fracciones molares están relacionadas a través de ecuaciones de la forma: Ki = yi / xi

i=1,2

donde KO = 2.262 y KH = 0.058

Vapor, V yi 400 K, 4 bares Alimentación, F zO = 0.6 zH = 0.4 400 K, 5 bares

válvula

F L A S H Líquido, L xi 400 K, 4 bares

PROBLEMA 9.Se desea utilizar cloruro de sodio fundido como baño de temperatura constante para un reactor químico de alta temperatura. Un recipiente aislado se carga con doscientos kilogramos de NaCl sólido a 300 K, y se enciende un calentador eléctrico de 3000 kW, lo que eleva la temperatura de la sal a su punto de fusión, 1073 K, y produce la fusión. a.La capacidad calorífica (Cp) del NaCl sólido es 50.41 J/gmol-K a T=300K y 53.94 J/gmol-K a T=500K, y el calor de fusión del NaCl a 1073 K es 30.21 kJ/gmol. Use estos datos para determinar una expresión lineal para Cp(T) y para calcular ∆ H(kJ/gmol) para la transición de NaCl, de sólido a 300 K a líquido a 1073 K. b.Empleando el balance de energía para el proceso de calentamiento, calcule el tiempo que se requiere para la transición de la sal sólida a 300 K a líquida a 1073 K. PROBLEMA 10.Se suministra vapor de freón 12 que sale de una columna de destilación y entra a un condensador en forma de vapor saturado a 200 psia a una velocidad de 3.00*103 ft3/h, y sale del condensador como un líquido saturado. El condensador opera a presión constante de 200 psia. El agua de enfriamiento entra al serpentín del condensador a 80 ºF y no puede sufrir un aumento de temperatura mayor de 15 ºF. Calcule: a.- La velocidad de transferencia de calor en el condensador, en Btu/h. b.- La velocidad de flujo mínima del agua de enfriamiento, en lb/h.

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"Lea 3 veces cada problema antes de empezar a resolverlo" PROBLEMA 11.¿Es posible ahorrar energía apagando los equipos de calefacción cuando no se están usando o en horas no hábiles en lugar de dejar el equipo encendido todo el tiempo?. Por ejemplo, un horno que quema petróleo se utiliza para recalentar acero a 1230 ºC y requiere 270 l/h para mantener esta temperatura cuando está inactivo. Si se enfría a temperatura ambiente, el horno se puede recalentar en 6.5 horas quemando petróleo a una tasa media de 760 l/h. ¿Cuánto dinero puede ahorrarse apagando el horno cada fin de semana si el petróleo cuesta $0.16/l?. ¿Qué problemas podrían presentarse con dicho procedimiento?. PROBLEMA 12.Un secador rotatorio que trabaja a presión atmosférica procesa 10 toneladas al día de grano húmedo a 70 ºF, desde un contenido de humedad del 10 % hasta uno del 1 %. El aire fluye a contracorriente sobre el grano, entra a una temperatura de bulbo seco de 225 ºF y una temperatura de bulbo húmedo de 110 ºF y sale a 125 ºF de bulbo seco. Calcule: a.- La salida de grano en libras por día b.- La eliminación de agua en libras por hora c.- La humedad del aire que entra y del que sale d.- El volumen de aire que entra, en m3/h Aire Grano

Aire Grano

PROBLEMA 13.Se alimentan 1000 moles/h de metanol a 675 ºC y 1 bar a un reactor adiabático en donde el 25 % del metanol se deshidrogena hasta formaldehído, según la reacción: CH30H(g)  HCHO(g) + H2(g) Suponiendo que pueden utilizarse capacidades caloríficas promedio constantes (para este rango de temperaturas) de 17,12 y 7 cal/gmol-ºC, para el CH30H(g), HCHO(g) y H2(g), respectivamente, calcule la temperatura de los gases a la salida del reactor. Metanol a T I = 675 ºC REACTOR ADIABATICO

Productos a TS

¿Q?

PROBLEMA 14. Se utiliza un estanque flash para separar una mezcla que contiene 40 % molar de tolueno y 60 % de p-xileno, alimentada a 5 atm y 470 K. El flash se opera a 1 atm y 400 K. Calcule la fracción vaporizada a la salida del flash si las corrientes de descarga de líquido y vapor están en equilibrio y es válida la ley de Raoult ( yiP = xiPisat ) y la ecuación de Antoine (ver tabla adjunta). 5

"Lea 3 veces cada problema antes de empezar a resolverlo" PROBLEMA 15. En la operación que se muestra en el diagrama de flujo adjunto, se requiere precalentar un aceite liviano que se va a alimentar a una columna de destilación haciéndolo pasar a través de un intercambiador de calor, en el cual el medio de calefacción es el aceite caliente que proviene del fondo de la columna. Las siguientes condiciones se aplican para cada corriente que entra al precalentador: Aceite Liviano Producto de Cola flujo volumetrico, m3/h 160 120 densidad, kg/l 0.72 0.74 calor específico, kJ/kg-K 1.76 1.81 Temperatura de entrada, K 300 480 a.b.-

Si el aceite liviano sale del intercambiador de calor a 360 K, ¿a qué temperatura sale el producto de cola de dicho intercambiador? ¿cuál es la temperatura máxima que podría alcanzar el aceite liviano en el intercambiador de calor, sí las temperaturas de salida del mismo deben tener una diferencia mínima de 10 ºC?

Precalentador Aceite Liviano

Torre de destilación

Producto de cola caliente de la torre de destilación

PROBLEMA 16. El secado por congelamiento es una técnica para deshidratar sustancias a baja temperatura, que evita la degradación de los nutrientes que puede provocar el calentamiento. La sustancia a secar se enfría a una temperatura a la cual toda el agua presente se transforma en hielo. La sustancia congelada se coloca después en una cámara al vacío y puede aplicarse un calentamiento por radiación o microondas; el hielo en el alimento sublima y el vapor se extrae por medio de una bomba de vacío. Se desea secar por congelamiento filetes de carne en una cámara de calentamiento a una presión de 1 mm de mercurio. Los filetes, que contienen 72 % en peso de agua, entran a la cámara a -26 ºC a una velocidad de 50 kg/min. Del agua que entra con los filetes, el 96 % sale como vapor a 60 ºC; el resto sale con los filetes en fase líquida a 50 ºC. Sabiendo que los filetes congelados tienen una entalpía de 320 kJ/kg, los filetes deshidratados una entalpía de 1830 kJ/kg y el vapor de agua a 60 ºC una entalpía de 2650 kJ/kg, calcule el calor que se deberá suministrar en la cámara de calentamiento, expresado en kilowatt. Se sugiere hacer un esquema de la cámara de calentamiento. 6

"Lea 3 veces cada problema antes de empezar a resolverlo" PROBLEMA 17. El gas de salida de un reactor en una planta de procesos que se encuentra en el corazón de un pequeño pueblo, se ha condensado tapando la línea de ventilación, lo que ha ocasionado un aumento de presión peligrosa en el reactor. Se han hecho planes para pasar el gas directamente del reactor al condensador de enfriamiento, donde el gas se llevaría a una temperatura de 25 ºC. Has sido llamado como asesor para ayudar en el diseño de esta unidad. Por desgracia, son las siete y media de la tarde y el ingeniero en jefe, como todos los días, se fue y esta inubicable y no hay nadie en la planta que te pueda indicar cuál es el gas de salida. Sin embargo, un trabajo es un trabajo, por lo que intentas resolver el problema. Encuentras un análisis elemental en la bitácora del ingeniero, que indica que la fórmula del gas es C5H12O. En otra página de la bitácora descubres que la velocidad de salida del gas es 235 m3/h a 116 ºC y 1 at. Tomas una muestra del gas y lo enfrías a 25 ºC, temperatura a la que es un sólido. Después calientas la muestra solidificada a 1 atm y observas que funde a 52 ºC y hierve a 113 ºC. Finalmente, haces varias conjeturas y calculas la velocidad de extracción de calor en kW requerida para llevar el gas de salida de 116 ºC a 25 ºC. ¿Cuál es tu resultado?, ¿Cuál es el nombre del gas? PROBLEMA 18. Una trampa de vapor es un dispositivo que se utiliza para purgar vapor condensado de un sistema sin que escape el vapor no condensado. En el tipo más corriente de trampa, el condensado se recoge y eleva un flotador conectado a una llave de drenaje. Cuando el flotador alcanza cierto nivel "jala la llave", abriendo la válvula de drenaje y permitiendo que el líquido salga. Entonces el flotador baja a su posición original y la válvula se cierra, evitando que se escape el vapor no condensado. a.- Considera que se utiliza vapor saturado a 25 bares para calentar 100 kg/min de un aceite con una capacidad calorífica de 2 kJ/kg-ºC desde 135 ºC hasta 185 ºC. El vapor se condensa en la parte exterior de varios tubos por donde fluye el aceite. El condensado se recoge en la parte inferior del intercambiador de calor y sale a través de una trampa cuando se han recogido 1200 g de líquido. ¿Con qué frecuencia se descarga la trampa?. b.- A menudo las trampas no cierran por completo, en especial cuando no se les da mantenimiento periódicamente; entonces el vapor sale en forma continua. Supongamos que en una planta de procesos operando en las condiciones de la parte "a", hay 1000 fugas en las trampas (no es una suposición irreal para algunas plantas) y que se debe suministrar en promedio, 10 % adicional de vapor a los condensadores para compensar la cantidad de vapor no condensado que escapa a través de las fugas. Además, supongamos que el costo de generar vapor adicional es U$ 1/106 Btu, donde el denominador se refiere a la entalpía del vapor que se fuga en relación al agua líquida a 20 ºC. Calcula el costo anual de las fugas en base a una operación de 24 h/día.

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"Lea 3 veces cada problema antes de empezar a resolverlo" PROBLEMA 19. Se utiliza un evaporador de doble efecto (dos evaporadores en serie) para producir agua pura a partir de agua de mar que contiene 3.5 % en peso de sales disueltas. El agua de mar entra al primer evaporador a 300 K a una velocidad de 5000 kg/h, y el vapor saturado a una presión de 4.00 bares alimenta a un conjunto de tubos en el primer evaporador. El vapor se condensa a 4.00 bares, y el condensado se extrae a la temperatura de saturación que corresponde a esta presión. El calor generado por el vapor que condensa en los tubos ocasiona que el agua se evapore de la disolución de salmuera a una presión de 0.60 bares, constante en el evaporador. La salmuera contiene a la salida 5.5 % de sal. El vapor generado en el primer evaporador alimenta un conjunto de tubos en el segundo evaporador. El condensado de los tubos y el vapor generado en el segundo evaporador a una presión de 0.20 bares constituyen el agua pura que se produce durante el proceso. Considerando que las disoluciones de salmuera en ambos evaporadores tienen las propiedades físicas del agua pura, y que éstos operan adiabáticamente: a.- Etiqueta el diagrama de flujo del proceso, y proporciona la temperatura y la entalpía específica de cada flujo. b.- Determina la velocidad a la que debe entrar el vapor al primer evaporador. c.- Determina la velocidad de producción de agua pura y la concentración de sal (porcentaje en peso) de la disolución final de salmuera d.- Indica por qué es necesario que la presión disminuya al pasar de un evaporador a otro.

PROBLEMA 20. Un flujo de gas propano entra al interior de una tubería de un intercambiador de calor de doble tubo a 40 ºC y 250 kPa, y sale a 240 ºC y la misma presión. Por el tubo exterior (sección anular) entra vapor sobrecalentado a 300 ºC y 5 bares, fluyendo en sentido opuesto a la corriente de propano, y sale como vapor saturado a la misma presión. Calcula el cuociente de alimentación entre los dos flujos (m3 flujo alimentado/m3 propano alimentado), despreciando las pérdidas de calor del intercambiador al ambiente.

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"Lea 3 veces cada problema antes de empezar a resolverlo" PROBLEMA 21.Un inescrupuloso comerciante de la ramada "El Diablillo", decidió hacer una bebida que parezca chicha, mezclando 90 % en peso de agua con 10 % en peso de alcohol y agregando posteriormente a esta mezcla unas gotas de colorante y un poco de chancaca. El alcohol se mantiene guardado en el refrigerador a 2 ºC de temperatura y el agua que se usa, simplemente se saca de la llave del lavaplatos. i. Dibuje y etiquete un diagrama de flujo del proceso ii. Sí la experiencia del vendedor indica que la bebida debe servirse a 7 ºC, ¿Será necesario enfriarla antes de servirla?. Justifique su respuesta. Datos

Para el agua Para el alcohol

Cp = 1.00 Kcal/kg-ºC y ρ = 1.00 kg/l Cp = 0.72 Kcal/kg-ºC y ρ = 0.77 kg/l

PROBLEMA 22.Del tope de una columna de destilación sale metanol como vapor saturado a 20 bares de presión. En estas condiciones entra a un condensador de donde sale como líquido saturado. Para llevar a cabo la condensación se dispone de una corriente de agua a 20 ºC y 1 atmósfera. Sabiendo que el agua solo puede calentarse hasta 50 ºC (para evitar problemas de corrosión) determine la cantidad de agua necesaria por cada 100 kg de metanol alimentado. PROBLEMA 23.Una mezcla equimolar de benceno (B) y tolueno (T) a 10 ºC alimenta continuamente un recipiente donde se calienta la mezcla a 50 ºC. El producto líquido contiene 40 % en mol de benceno y el producto vapor 68.4 % en mol de benceno. ¿Cuánto calor debe transferirse a la mezcla por mol de alimentación?, ¿Y cuanto por kilogramo de alimentación? PROBLEMA 24.Vapor saturado a 1 atmósfera se descarga de una turbina a 1000 kg/h. Para alimentar a un intercambiador de calor se necesita vapor sobrecalentado a 300 ºC y 1 atmósfera; para producirlo, el vapor que sale de la turbina se mezcla con vapor sobrecalentado que proviene de una segunda fuente, a 400 ºC y 1 atmósfera. La unidad de mezclado opera adiabaticamente. Calcular la cantidad de vapor producido a 300 ºC y la velocidad de flujo volumétrico del vapor a 400 ºC requerido. PROBLEMA 25.En un proceso industrial se desea obtener 250 kg/h de metanol como líquido saturado a partir de metanol que se encuentra a 450 K y 1,5 atmósferas. Para ello se emplea un intercambiador de calor, donde el metanol entrega parte de su calor a un flujo de agua que se encuentra inicialmente a 20 ºC y 1 atmósfera y que se desea tener como vapor saturado. Determine la cantidad de agua que se puede procesar.

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"Lea 3 veces cada problema antes de empezar a resolverlo" PROBLEMA 26.75 litros de etanol líquido a 70 ºC y 65 litros de agua líquida a 25 ºC se mezclan en un recipiente cerrado y bien aislado. Despreciando la evaporación y el calor que se puede producir al mezclar los componentes: i. Dibuje y etiquete un diagrama de flujo de éste proceso. ii. Calcule la temperatura final de la mezcla Datos:

ITEM Cp Btu/lb-F M lb/lbmol ρ kg/l

ETANOL 0.72 46 0.77

AGUA 1.0 18 1.0

PROBLEMA 27.20 litros/min de benzoato de n-propilo se mezclan, adiabaticamente a 25 ºC y 1 atmósfera, con 15 litros/min de benceno, y luego la mezcla se calienta de 25 ºC a 75 ºC. Formula

Tfusión ºC

Tebullición ºC

C6H5CO2C3H7

–51.6

231

Cplíquido Cpvapor Densidadlíquido cal/g-ºC cal/gmol-ºC g/l

0,398

Densidadvapor gmol/l (*)

Calor de vaporización cal/gmol

99.5

1,021

72

11700

5.5 80.1 0,419 48.5 (*) Valores válidos sólo para este problema.

0,885

58

7352

C6H6

Determine: i. Un esquema del proceso e indique el estado de agregación de las sustancias presentes en él (sólido, líquido o gaseoso). ii. El flujo de la mezcla, en kg/h. iii. El calor necesario para calentar la mezcla, en Kcal/h. PROBLEMA 28.Se requiere precalentar un solvente haciéndolo pasar a través de un intercambiador de calor, en el cual el medio de calefacción es un aceite caliente. Las siguientes condiciones se aplican para cada corriente del intercambiador: Si el solvente sale del intercambiador de calor a 390 K, ¿A qué temperatura sale el aceite? Datos: 3

flujo volumetrico, m /h densidad relativa calor específico, kJ/kg-K Temperatura de entrada, K

Solvente 128 0.6 1.4 288

Aceite 96 0.7 1.8 500

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"Lea 3 veces cada problema antes de empezar a resolverlo" PROBLEMA 29.En el proceso de la empresa Química del Futuro S.A., se requiere disponer de refrigerante 22 a una temperatura de 240 K y una presión de 400 KPa el cual se encuentra a 330 K y 400 KPa. Con el fin de aprovechar el calor que libera esta sustancia se vaporiza una corriente de amoniaco que se requiere en otra parte del proceso como vapor saturado haciéndolos pasar a través de un intercambiador de calor, como se muestra en la figura. Sí se dispone de 800 kg/h de refrigerante 22, determine: a.- la cantidad de amoniaco, en lb/h, que puede ser procesada. b.- La velocidad de flujo de calor, en Btu/h Evaporador Refrigerante 22

Amoniaco líquido saturado P = 100 KPa

PROBLEMA 30.100 kg de vapor a 250 ºC y 20 bar se calientan a presión constante hasta que se han agregado 240000 kJ de calor. Después se comprime hasta 6 MPa. Determine: i. Haga un esquema del proceso ii. Determine la temperatura del vapor a la salida del calentador. iii. Haga una estimación preliminar del trabajo que se requiere en el proceso. PROBLEMA 31.Para condensar 120 lb/min de vapor de agua saturado a 2 MPa y obtener un líquido saturado, se ponen en contacto indirecto con agua de enfriamiento que fluye a través de un serpentín entrando a 60 F y 1 atmósfera. El agua de enfriamiento en el serpentín no puede sufrir un aumento de temperatura mayor a 20 F. A.- Calcule la velocidad de transferencia de calor, Q, en Btu/h B.- Calcule la cantidad de agua de enfriamiento necesaria. PROBLEMA 32.Una corriente de 100 kg/h de propileno gaseoso a 5 bares y 90 ºC era calentada hasta una temperatura de 310 ºC por medio de un serpentín que le suministraba el calor necesario para alcanzar dicha temperatura. Lamentablemente el sistema falló y se requiere en forma urgente evaluar la alternativa de usar otro equipo disponible que entrega 12 KW de calor. Determine la temperatura que alcanzaría el propileno con este último equipo y defina si recomienda su uso o no, indicando las consideraciones y cuidados que se deberían tener.

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"Lea 3 veces cada problema antes de empezar a resolverlo" PROBLEMA 33.Un flujo tiene las características de entrada y salida de una válvula que se indican en la tabla adjunta. i. Determine el caudal de salida de la válvula, en l/h ii. Escriba el balance de energía para la válvula, indicando claramente las consideraciones que hace para llegar a obtener el balance para la válvula. Item Caudal, l/h Densidad, g/ml Flujo másico, kg/h Temperatura, ºC Estado de agregación Capacidad calórica, Kcal/kg-ºC

Corriente Corriente Entrada Salida 245 0.94 0.94 435 12 12 líquido líquido 1.1 1.1

PROBLEMA 34.Gas metano entra al interior de un intercambiador de calor a 200 K y 5 ata, y sale a 280 K. Como medio de calefacción se emplea vapor sobrecalentado que entra al intercambiador a 350 ºC y 0.2 MPa y sale como vapor saturado. Calcule el cuociente de alimentación entre los dos flujos volumétricos (m3 de vapor alimentado/m3 de metano alimentado). Recuerde que los procesos de calentamiento o enfriamiento ocurren a presión constante. PROBLEMA 35.La entalpía específica del n-hexano líquido a 1 atm varía linealmente con la temperatura, y es igual a 6,15 cal/g cuando la temperatura es 30 ºC, en tanto que alcanza un valor igual a 30.8 cal/g cuando la temperatura es 50 ºC. i. Determine una expresión que relacione H (cal/g) con T (ºC). ii. Calcule la velocidad a la que debe extraerse calor para enfriar 20 kilogramos de nhexano líquido desde 58 ºC hasta 27 ºC en 5 minutos. PROBLEMA 36.Se expande vapor de agua a 260 ºC y 7 bares (absoluta) a través de una válvula hasta 200 ºC y 4 bares (absoluta). La pérdida de calor de la válvula hacia los alrededores es despreciable. La velocidad de entrada del flujo también es despreciable. La entalpía específica del vapor es 2974 kJ/ kg a 260 ºC y 7 bares, y 2860 kJ/kg a 200 ºC y 4 bares. Calcule la velocidad de salida del flujo de la válvula. PROBLEMA 37.-

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"Lea 3 veces cada problema antes de empezar a resolverlo" Empleando el gráfico adjunto, calcule el calor que se libera al condensar totalmente 230 lb de vapor de agua saturado a 60 psia. Exprese su resultado en Btu. Indique además la temperatura a la cual ocurre este proceso.

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