Balance de energía en un evaporador
Se desea concentrar una solución acuosa de NaCl del 7% al 29% en peso en un evaporador de simple efecto, con la información proporcionada en el diagrama calcule:
a) El calor que debe suministrarse al evaporador, si no existen pérdidas de energía.
b) La masa de agua de enfriamiento, necesaria para condensar el vapor de agua, si este opera adiabáticamente.
La temperatura de referencia es de 26 ºC, y lv =2334kJ/kg
Respuesta: a) 46,580.8 kcal/h, b) 3325.32 kg/h
1. Entalpía del Benceno. Condiciones de referencia.
Calcule la entalpía de benceno a 50ºC, respecto a 0ºC y 1 atm de presión absoluta, tomando como temperatura de referencia TRef = 0ºC. El cp del benceno es de 0.0862 kJ/mol K a 0 ºC.
Respuesta: 4.31 kJ/mol
2. Calentamiento de agua líquida
Determine el calor que debe suministrarse a un flujo de 120 kg/h de agua líquida para elevar su temperatura de 20 a 35 ºC. Considere que el sistema no tiene pérdidas de calor y tome la temperatura de referencia de 0 ºC, y el cp del agua líquida con el valor constante de 1 kcal/kg ºC.
Respuesta: 1800 kcal/h
3. Calentamiento con vapor de agua
Determine el calor, y el flujo de vapor necesario que debe suministrarse para incrementar la temperatura de una corriente de agua líquida de 20 a 35ºC, y que fluye a razón de 120 kg/h.
El calentamiento se efectúa con vapor de agua saturado a 1 atm de presión y 100ºC, el cual ingresa al equipo a su temperatura de saturación y lo abandona como líquido saturado.
Considere que el sistema no tiene pérdidas de calor y tome la temperatura de referencia de 0 ºC, y el cp del agua líquida con el valor constante de 1 kcal/kg ºC.
Respuesta: Q=1800 kcal/h, m=3.33 kg/h
4. Balance de energía en un intercambiador de calor
Se desea calentar en un intercambiador de calor (que opera a una presión total de 1 atm) una corriente de benceno de 25 a 50 ºC, utilizando un flujo de agua caliente, si esta entra a 85ºC y sale a 50ºC. Determinar la cantidad de agua a utilizar suponiendo que:
a) No hay pérdidas de calor
b) Se tiene un 5% de pérdidas de calor con respecto al calor suministrado por el agua caliente.
Considere la temperatura de referencia de 0 ºC, y valores de cp de 0,0753 y 0,0862 kJ/mol K para el agua y para el benceno, respectivamente.
Respuesta: a) 81.8 mol/h, b) 86.1 mol/h
5. Balance de energía en una columna de destilación
Una mezcla formada por benceno-tolueno a 77ºF, se separa en una columna de destilación, la alimentación contiene 85% mol de benceno y 15% mol de tolueno. Por la parte superior de la columna sale una corriente de vapor saturado a 177 ºF y contiene 99% mol de benceno, por la parte inferior sale una corriente de líquido a 228 ºF, la cual contiene 95% mol de tolueno. Calcule el calor que deberá suministrarse a la columna de destilación, para una alimentación de 1000 lbmol/h.
| Compuesto | Tebullición, ºF | cp, Btu/lbmol ºF | λv, Btu/lbmol |
Benceno | 176.18 | 36.66 | 13423.38 |
Tolueno | 231.17 | 43.24 | 15793.68 |
Respuesta: a) 15,534,967 Btu/h
6. Balance de energía en un evaporador
Se desea concentrar una solución acuosa de NaCl del 7% al 29% en peso en un evaporador de simple efecto, con la información proporcionada en el diagrama calcule:
a) El calor que debe suministrarse al evaporador, si no existen pérdidas de energía.
b) La masa de agua de enfriamiento, necesaria para condensar el vapor de agua, si este opera adiabáticamente.
La temperatura de referencia es de 26 ºC, y lv =2334kJ/kg
Respuesta: a) 46,580.8 kcal/h, b) 3325.32 kg/h
7. Balance de energía en un cristalizador
Se desea producir cristales de KNO3 a partir de una solución acuosa de nitrato de potasio al 20% en peso.
Con la información mostrada en el diagrama, determine:
a) El flujo de vapor de agua utilizado como medio de calentamiento en el evaporador
b) El calor que se debe retirar en el cristalizador-filtro.
Suponga que en el mezclador y en el evaporador no hay pérdidas de calor.
Respuesta: a) 9,498.3 kg/h, b) 266,553 kcal/h
Referencias
A. A. Germán-Ibarra, L. Balderas-Tapia. Apuntes del curso de balances de materia y energía. Instituto Politécnico Nacional. Rev. 2003