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Asignatura: FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA QUÍMICA Y BIOTECNOLÓGICA
EXAMEN CONVOCATORIA ORDINARIA 30 de mayo de 2018
Nombre y Apellidos: ...........................................................................................................................
LEA ESTE CUADRO ANTES DE COMENZAR EL EXAMEN. SI PRECISA ACLARACIÓN, PREGUNTE AL
PROFESORADO.
El sistema de evaluación propuesto para esta asignatura es evaluación continua y, si lo ha seguido, tiene ya una
calificación mínima.
El ejercicio escrito tiene 10 preguntas cortas de teoría y 3 problemas. Cada pregunta tiene un valor de 0,5 puntos y
cada problema, 1,67 puntos. Es necesario alcanzar un 40% mínimo en cada parte para superar el ejercicio.
En caso de mejorar su calificación en los problemas, se utilizará para reevaluar la nota de evaluación continua.
TEORÍA
1 Indique las características de las operaciones discontinuas, continuas y semicontinuas.
REVISAR TEORIA.
2 Marque con un círculo las respuestas correctas. Respecto al estado estacionario y no estacionario:
a) En el estado estacionario no hay acumulación de masa ni energía
b) En el estado no estacionario los valores de las variables intensivas (concentraciones, T, P) se
mantienen constantes con el tiempo
c) El estado no estacionario es característico de las operaciones continuas
3 Realice los siguientes cambios de unidades:
a) 15,6 ft/s es igual a ቂൈ
ଷ௦
ଵଶ
௧
,ଶହସ
ቃ ൌ 17118 ......................................m/h
b) 110 Btu/(h∙ft2∙
o F) es ൈ
ଵ
ଷ௦
ൈ ቀ^
ଵ ௧
,ଷସ଼
ଶ ൈ
ଽ ி
ହ
ଶହଶ
்
ସ,ଵ଼
൨ ൌ 623 .........W/(m 2 ∙o^ C)
c) 2 cal/(g∙
o C) es igual a ቂൈ
ଵ
ସ,ଵ଼
ቃ ൌ 8360 ................................................... J/(kg∙K)
4 Indica utilizando esquemas las corrientes de recirculación, purga y by‐pass en un proceso y describe
para que se utilizan.
VER TEORÍA
5 Explique los distintos mecanismos de transmisión de calor e indique las ecuaciones para los flujos de
calor correspondientes.
VER TEORÍA
6 Sabiendo que el etanol puro hierve a 78,
o
C y el agua a 100
o
C, indique si es verdadera o falsa la
siguiente afirmación: “Para una mezcla equimolecular de alcohol‐agua a presión atmosférica,
el punto de rocío será 100
o
C y el punto de burbuja será 78,
o
C”. Explíquelo.
Falso. Dado que es una mezcla, la ebullición se produce en un intervalo de temperatura,
pero no a la de cada uno de los componentes puros. Vea la forma de los gráficos T‐x,y.
7 Para realizar la extracción de la cafeína, se han mezclado 75 mL de un café preparado en
cafetera y 25 mL de triclorometano en un embudo de decantación, se ha agitado y dejado
decantar. El resultado es una disolución clara, que contiene triclorometano y
aproximadamente el 40% de la cafeína que introducimos, y una disolución acuosa menos
densa y más oscura. Explique cuál de las dos disoluciones es el refinado.
El refinado es la disolución acuosa porque el agua es el disolvente original.
8 Deduzca la ecuación de diseño de un reactor continuo agitado de mezcla perfecta (CSTR) a partir de los
balances de materia.
VER TEORÍA
9 Escriba la ecuación cinética clásica de una reacción enzimática sencilla. Identifique las constantes que
intervienen. ¿Cuál es el orden de reacción cuando la concentración de sustrato es muy baja?
VER TEORÍA
Orden 1. Cuando la concentración es muy pequeña es despreciable en el denominador y el orden
aparente es 1, proporcional a la concentración de sustrato
10 Enumere y clasifique distintas técnicas para esterilización.
VER TEORÍA
PROBLEMA 3
En un reactor discontinuo de mezcla perfecta, se lleva a cabo la reacción isoterma irreversible,
R → P en fase líquida. La reacción sigue una cinéƟca de 1
er orden y la constante cinética tiene un
valor de 8.68×
‐ 4 s
‐ 1 a 40
o C. R se alimenta puro con una concentración inicial de 3 mol/L y el
volumen del reactor es de 18 L.
a) Calcular el tiempo de reacción necesario para alcanzar una conversión del 80% a la
temperatura de 40ºC.
b) A la salida del reactor se obtiene una corriente de productos formada por R y P,
exclusivamente. Con el objetivo de aumentar la concentración de P, la mezcla se envía a
una unidad de separación flash.
En la gráfica inferior se muestra el diagrama de equilibrio T‐x,y correspondiente al
compuesto P a una presión total de 1 atm.
Si la mezcla se calienta a 80
o C, calcular las cantidades que se obtendrán de la fase líquida
y vapor y la concentración de P que se obtendrá en la fase vapor. Suponer una
alimentación formada por 100 moles.
60
70
80
90
100
110
120
130
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,
T
(ºC)
x 1 , y 1
PROBLEMA 1. SOLUCIÓN
Aunque el problema se puede plantear directamente para la cantidad de producto de salida,
se ha optado por escoger una base de cálculo de alimentación para resolverlo en la dirección
de proceso. Tomando un caudal de entrada de 10 L/h se ha resuelto todos los componentes y
flujos directamente en la tabla.
E.dis E.aire Salida reactor Sal Vap Sal Líq
Caudal (L/h) 10 5944,44 6,
A (g/h) 300 150 150
A (mol/h) 3,75 1,875 1,
O2 (mol/h) 11,25 7,5 7,
N2 (mol/h) 42,32 42,32 42,
B (mol/h) 1,875 1,
B (g/h) 270 270
Agua (g/h) 9700 9700 3880 5820
Partiendo de la base de cálculo (gris) se calcula los componentes en la entrada con la
concentración, peso molecular y densidad conocidas (celeste). Con la estequimetría y el exceso
de aire, se calcula la cantidad de O2 (3,7521,50) y desde ahí el N2 (*79/21) (amarillo). Con la
conversión se calcula la salida del reactor (naranja) donde N2 y H2O son inertes y se consume
el doble de moles de O2 que de A (naranja). Finalmente, cada componente tiene una salida
salvo el agua que sale un 40% como vapor (9700*0,4) y el balance está completo.
Con un flujo de entrada de 10 L/h se obtienen 270 g/h de B. Proporcionalmente se calcula el
resto de caudales.
Entrada L Entrada Aire Salida reactor Sal Vap Sal Líq
Caudal (L/h) 185,2 22222,2 115,
A (g/h) 5555,6 0,0 2777,8 0,0 2777,
A (mol/h) 69,4 0,0 34,7 0,0 34,
O2 (mol/h 0,0 208,3 138,9 138,9 0,
N2 (mol/h) 0,0 783,7 783,7 783,7 0,
B (mol/h) 0,0 0,0 34,7 0,0 34,
B (g/h) 0,0 0,0 5000,0 0,0 5000,
Agua (g/h) 179629,6 0,0 179629,6 71851,9 107777,
Flujo (kg/h) 185,2 28,6 213,8 98,2 115,
Se han completado los caudales másicos o volumétricos de las corrientes que es la solución
pedida. Los balances globales con los caudales másicos permiten verificar que no hay errores.
S.vapor
E.dis
E.aire
S.líqu
REACCION EVAPORACIÓN
Para calcular las cantidades podremos hacerlo por múltiples alternativas:
‐ gráficamente aplicando la regla de la palanca en la gráfica facilitada,
Se miden los segmentos LF; FV y LV y aplicamos, por ej.: 100LF=VLV
‐ analíticamente mediante el balance de materia sin apoyo gráfico
‐ dibujando el diagrama y‐x para medir la pendiente. Se obtiene gráficamente –L/V.
‐ calculando la pendiente sin hacer la gráfica ya que los dos puntos de la línea de operación
son conocidos:
V
L V V mol V
En cualquiera de los casos, la solución se encuentra aproximadamente en el 45% de destilado.
Es decir, el 45,8% sale como vapor con una concentración de P de 93%.
Se asume que la solución calculada pueda tener cierto error asociado a la precisión de la
medida gráfica.
F
L V
