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Problemas 1
Una pulpa húmeda contiene 80% de peso de agua, después del secado se determinó que se había eliminado el 50% peso del agua original. Proponer un diagrama de flujo y para una base de cálculo de 100Kg. de pulpa húmeda calcular: a) Cantidad de agua alimentada en Kg. b) La composición de la pulpa seca en Kg y % peso en la línea 3 c) Balance de materia en el proceso Diagrama 2.2.3 Secado de una pulpa. Solución Balance general de materia para el proceso: M1 = M2 + M Balance de agua: 0.80M1 = M2 + W agua M Balance de sólidos: 0.20M1 = W sólidos M Agua en la pulpa húmeda: (100Kg.)(0.8) = 80Kg agua Agua eliminada: (0.5)(0.80) (100) = 40Kg agua Composición de la pulpa seca en Kg y % peso en M W agua M3 = (80 – 40) Kg. = 40Kg. Sustituyendo los valores: Tabla 2.2.3. Composición de la pulpa seca Balance de materia en el secador M1 = M2 + M
M1 =100Kg M2 = 60Kg M3 =40Kg
Problema 2
Un secador es alimentado con azúcar húmeda de donde se elimina el 80% peso del agua que contiene la línea de alimentación, de acuerdo con el siguiente diagrama: Flujo masico = 210 Kg/h Determinar a) Flujo gravimétrico de la alimentación en Kg/h b) Fracción peso y % peso en la línea M c) Balance de materia en el secador en Kg/h Balance general: M1 = M2 + M Balance de agua: 0.25M1 = M2 + M3 (agua) (0.25) (210) = (0.25)(210)(0.80) + M3(agua) M 3 (agua) = 10.5Kg/h Balance de azúcar: 0.75M1 = M3(azúcar) M3(azúcar) = 157.5Kg/h M3 total = M3(agua) + M3(azúcar) M3 total = 10.5Kg/h + 157.5Kg/h
M2= 2 426.82g Composición en M Alcohol = (0.175) ( 1 518.98) = 265.82g Agua= (0.079) (1 518.98) = 120g Benceno = (0.746) ( 1 518.98) =1 133.15g mAlcohol = (1 250 cm3/s) (0.785g/cm3) = 981.25 g/s Balance de Agua x M1= x M2 0.12 M1 = 0.079 M2……………………………………………………… ( I ) Balance de Alcohol x M1= x M2 0.88 M1 = 0.175 M2 + 981.25………………………………………….( II ) Resolviendo el sistema de ecuaciones se tiene M1= 1 597.66 g/s M2= 2 426.82 g/s Composición en M Alcohol = (0.88) (1 597.66) = 1 405.94 g/s Agua = (0.12) (1 597.66) = 191.71g/s Benceno alimentado = (0.746) (2 426.82) =1 810.4 g/s Densidad = m/v Volumen = m/densidad =1810.4 g/s / 0. 870 gr/cm^3 Flujo masico de Benceno= 2080.9cm^3 /s Porcentaje de alcohol absoluto obtenido con respecto al alcohol alimentado % Alcohol = 981. 2 5 / 1405.94 = 69.79%
Problema 4
Una mezcla residual tiene la siguiente composición en % peso : HNO 3 22 % H 2 SO 4 56 % H 2 O 22 %
esta mezcla será enriquecida con HNO 3 al 91% peso y H2SO4 al 92% peso. Si se desea obtener una mezcla nitrante de 1000Kg/h con la siguiente composición en %peso HNO 3 63 % H 2 SO 4 27 % H 2 O 10 % Determinar: a) El valor de cada una de las corrientes en Kg/h. b) Balance de materia en el mezclador. Balance general de materia en el proceso: M 1 + M 2 + M 3 = M 4 ..........................(I) Balance para el H 2 SO 4 0.92M 1 + 0.56M 3 = 0.27M 4 0.92M 1 + 0.56M 3 = 270 Kg/h ……....(II) Balance para el HNO 3 0.91M 2 + 0.22M 3 = 0.63M 4 0.91M 2 + 0.22M 3 = 630 Kg/h .........................(III) Balance de agua:
Transferencia de Calor Problema 1 Considere una pared gruesa de 3 m de alto, 5 m de ancho y 0.30 m de espesor, cuya conductividad térmica es Kpared = 0.90 W/m.°C. Cierto día se miden las temperaturas de las superficies interior y exterior de esa pared y resultan ser de 16 °C y 2 °C, respectivamente. Determine: a) La velocidad de pérdida de calor a través de la pared en ese día. b) Ídem a), si la pared interna tuviera un aislamiento de madera de 0.02 m de espesor, con iguales temperaturas de las caras expuestas (Kmadera = 0.08 W/m.°C). c) La temperatura entre ambos materiales. a. Qa = - K A (T2-T1) = (0.9 W/ m °C ) (15 m2 ) (16 – 2 )°C = 630W L 0.3m b. Qb = ∆T = (T 1 – T 2 ) = 360 W ∑Ri (Lm/Km A ) + ( Lp / Kp A ) Observar que con un aislamiento de poco espesor, el flujo de calor se redujo aprox a la mitad c. Qb = - Km A ( Ti – T1) Ti = 6°C Lm
Problema 2 Considere una ventana de hoja doble de 0.80 m de alto, y de 1.50 m de ancho que consta de dos capas de vidrio de 4 mm de espesor (k = 0.78 W/m.°C) separadas por un espacio de aire estancado de 10 mm de ancho (k = 0.026 W/m.°C). Determine la velocidad de transferencia de calor a través de la ventana de hoja doble y la temperatura en la superficie interior para un día durante el cual el cuarto se mantiene a 20 °C, en tanto que la temperatura del exterior es – 10 °C. Tome coeficientes de transferencia de calor por convección en las superficies interior y exterior como h1 = 10 W/m2.°C y h2 = 40 W/m2.°C, respectivamente.
Ri = Rconv,1 = 1 = 1 = 0.08333°C/W
h 1 A (10 W / m2 °C)(1.2 M2)
R 1 = R 3 = Rvidrio = L 1 = 0.004 m 0 ,00427 °C/W
K 1 A (0.78W/m°C)(1.2m2)
R 2 = Raire = L 2 = 0.0 1 m 0 , 3205 °C/W
K 2 A (0. 026 W/m°C)(1.2m2)
R 0 = Rconv,2 = 1 = 0.0 1 m 0 , 02083 °C/W
h 2 A ( 40 W/m°C)(1.2m2)
Por lo tanto, la transferencia de calor a través de la ventana será
Rtotal = Ri + R 1 + R 3 + R 2 + R 0 = 0.4332 °C/W
Q = T1,aire – T 2 ,aire = { 20 - (-10)}°C = 69.2 w
Rtotal 0.4332°C/W
la cual es alrededor de la cuarta parte del resultado obtenido en el ejemplo anterior. Observar que la drástica reducción en la velocidad de la transferencia de calor se debe a la gran resistencia térmica de la capa de aire entre los vidrios. En este caso, la temperatura de la superficie interior de la ventana será
