Eliana Jara Morante

Septiembre, 23 de 20151

• Para cualquier sistema

• Para un sistema en estado estacionario

Ley de Conservación de Energía

sistemadel

saleque Energía

sistemaal

entra que Energía

sistemael en

usada Energía

sistemael en

generada Energía

sistemadel

saleque Energía

sistemaal

entra que Energía

sistemael en

nAcumulació

2

Balance de Energía

• Para un sistema cerrado y sin reacción

• Sistema de flujo

12

2

1

2

2

12

2

zzE

gE

UUU

p

c

scp WQEEUE

+Q

-Q

+Ws

-Ws

scp WQEEHE

Proceso

3

Balance de Energía

• Calor es un potencial térmico que fluye de un punto de alta

temperatura a otro de baja temperatura

• Calor sensible

– Energía absorbida o cedida por un

sistema sin que exista cambio de

fase

2

1

T

TpdTmCQ mQ

• Calor latente

– Cantidad de calor absorbido o

cedido por la masa de un sistema

durante el cambio de fase a

temperatura y presión constante

4

Mezclado

F1

F2

F3

F4

Múltiples corrientes de entrada y una de salida

QEEEE 3214

±Q

5

Problemas 1

• Dos corrientes de aceite se mezcla en un proceso continuo en las condiciones

mostradas .

– Determine la temperatura al final del proceso

6

F1= 50 kg/minT1= 5°C

F2= 100 kg/minT2= 26°C

Q= 5000 kcal/min

T3= ?

Separación

Un corriente de entrada y múltiples corrientes de salidas

Fentrada

Fp1

Fp2

21 ppentradaFFF

±Q

QEEEppentrada

21

7

• Una mezcla líquida equimolar de benceno y tolueno a 10°C se alimenta en

forma continua a un recipiente en el cual la mezcla se calienta a 50°C. El

producto líquido contiene 40% de benceno y producto en vapor contiene 68.4%

de benceno.

• ¿Cuánto debe transferirse a la mezcla por gmol de alimentación?

Problema 2

Evaporador

Vapor

Líquido

Medio de calentamiento

Alimentación

8

Secador

Fentrada

AlimentaciónFproducto

producto

Fw

agua/solvente evaporado

wproductoentradaFFF

Q

9

QEEEwproductoentrada

Problema 3

• 100 mol/h de hexano líquido a 25°C y 7 bar se vaporizan y calientan a presión

constante. Despreciando el efecto de la presión sobre la entalpía estime la

velocidad a la cual debe suministrarse el calor.

10

Fentrada

AlimentaciónFproducto

producto

Fw

agua/solvente evaporado

Q

Extracción

A + B

S

A + B

S + B

A – Alimentación; B – soluto; S – solvente de extracción

E1

Alimentación

Solvente

Refinado

Extracto

11

Problema 4

• Calcule la cantidad de calor que se proporciona en una caldera para producir

1500 kg/h de vapor saturado a 10 atm a partir de agua a 15°C. Suponiendo

que la caldera tiene una eficiencia del 90%.

• Calcule los HP de la caldera

12

Problema 5

• Para calentar un reactor se usa vapor saturado a 250°C el cual entra a la

chaqueta que rodea el reactor y sale condensado. La reacción absorbe 1000

kcal/kg de material en el reactor. Las pérdidas del calor son de 5000 kcal/h.

• Los reactivos se colocan en el reactor a 20°C y salen a 100°C. Si la carga está

constituida por 325 kg de material y tanto productos como reactivos tienen una

capacidad calorífica media de 0.78 kcal/kg-°C.

• ¿Cuántos kg de vapor de agua se requerirán por kg de carga? Supóngase que la

carga permanece en el reactor durante 1 hora.

13

Problema 6

• Los gases de combustión procedentes de una chimenea se enfrían desde 500°C

hasta 70°C a la presión de 1 atm.

• ¿Cuánta cantidad de calor podría extraerse por kg de gas manejado si éste tiene

la composición de 10% CO2, 15.0% H2O y el resto N2?

14

Condensado

GasesT1= 500°C

GasesT2= 70°C

• Calcule el trabajo por minuto requerido para bombear 1 lb de agua por minuto

de 100 psia y 80°F a 1000 psia y 100°F. La corriente de salida esta a 10 ft por

encima de la corriente de entrada.

Problema 7

h= 10 ft

P2= 1000 psiaT2= 100°F

P1= 100 psiaT1= 80°F

W= ?

Q= ?

• Una turbina se instala entre una línea de alimentación a 1800 psia y 250°F y la línea de salida a 800 psia y 80°F, debido al pobre aislamiento la turbina pierde 25 BTU/lb de calor.

• Las condiciones termodinámicas de la línea de salida de la turbina y de la válvula de estrangulamiento se pueden encontrar en un diagrama de fase para el CO2

• Determine el trabajo útil generado en la turbina

• La salida de la turbina entra a la válvula (no perfectamente aislada) y sale a 140 psia y 30% líquido. Hallar la temperatura

Problema 8

CO2

T1= 250°FP1= 1800 psia

CO2

30% líquidoP2= 140 psia

CO2

T12= 80°FP12= 800 psia

Q= -25 BTU/lb

Balance de Energía

• Sistemas reactivos

• Moles que quedan en el sistema luego de la reacción

• Calor reacción estandar

17

reacción la de avancennnrxj

jiii:

..0,,0

react

ifi

prod

ifi

i

ifirx HHHH ,,,

0

Balance de Energía

• Una o más de una reacción (para el reactor)

• Una sola reacción

18

2

1

,,

0

T

T

P

react

ifi

prod

ifirx

j

j

dTmCH

HHHH

react

ifi

prod

ifirx HHHH ,,

0

• Un convertidor catalítico producir SO3 a partir de SO2 de acuerdo a la reacción

• La unidad está aislada y las pérdidas de calor son despreciables. Se sabe que la

corrosión se puede reducir considerablemente si la temperatura de la descarga

se mantiene a 400°C.

• Determine la carga de calor del enfriador del convertidor

Problema 9

T1= 400°C T2= 400°C

gmolkJHSOgOgSO rx /28.98)()( 3221

2

Componente Entrada Salida

SO2 8.0 6.4

SO3 1.6

O2 11.0 7.8

N2 82.8 82.8

• El balance de energía se reduce a:

• Desarrollando la ecuación se llega a:

• No considerar la entalpía de formación del inerte N2

Problema 9

tesreacproductos HHQ tan

fase de cambio al asociado Entalpía

dTCn

dTCndTCndTCndTCn

HnHnHnHH

in

ref

in

ref

in

refout

ref

out

ref T

T p

T

T p

T

T pT

T p

T

T p

fffinout

4,4

2,21,1

4,43,3

1,12,23,3

21