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¡Descarga Examen Final, preguntas y respuestas. y más Exámenes en PDF de Química solo en Docsity! Universidad Nacional Mayor de San Marcos (Universidad del Perú, DECANA DE AMÉRICA) Facultad de Química e Ingeniería Química EXAMEN FINAL Asignatura: Balance de Materia y Energía Facilitador: Gilberto Vicente Salas Colotta Alumno: Daniela Andrea Balbin Canevello Código: 20070058 Lima-Perú PROBLEMA N° 1: Una corriente caliente de proceso se enfría mediante el intercambio de calor indirecto (caldera) con el agua de alimentación a una caldera, con lo que se produce vapor saturado. Asuma que intercambiador de calor está aislado El agua de alimentación a la caldera entra a 100 °C y 100 bares, y sale vapor saturado a 100 bares. El flujo de la corriente de proceso es de 1000 kmol/h, la entalpia molar a la entrada es 2000 kJ/kmol, y la entalpia de salida es 800 kJ/kmol. Calcule a) el flujo (kg/h) de vapor de agua producido. b) Si tuviéramos que producir el vapor de agua, quemando combustible, hallar el ahorro del mismo (galones/h), si el poder calórico del combustible es 144000 Btu/gal. Nota: construya tabla de grados de libertaad Datos: agua de alimentación a caldera Ĥ (kJ/kg) ≈ 4.19 T(°C) : Solución: Primer paso, calculamos los grados de libertad: VCI +4 Q, W, 2Ts +4 EBI -2 Energía -2 CEI 0 W=0, T=100 -2 FEI -2 g.l. 0 Segundo paso, realizamos el balance de energía: Tercer paso, haciendo uso de la siguiente tabla, conocemos el valor de la entalpía del vapor de agua a 100 bar : Fuente. Felder, R. Libro Principios Elementales de los procesos químicos. Tabla B.6. Como último paso, resolvemos el inciso a y b: a) El flujo (kg/h) de vapor de agua producido Sexto paso, hallamos las entalpías: Como último paso, calculamos el calor requerido para este proceso en kJ/s, si se alimenta a la columna 100 kmol/s: PROBLEMA N° 3: El amoniaco se oxida con aire para formar óxido nítrico en el primer paso de la producción de ácido nítrico 4NH3(g) + 5 O2(g) 4NO(g) + 6H2O(v) Una reacción indeseable es: 2NH3(g) + 3/2 O2 (g) N2(g) + 3H2O(v) ¿Calcule la transferencia de calor hacia o desde el reactor? El siguiente es el diagrama de flujo del reactor. Tome como referencia: NH3 (g) , aire (g) NO(g), H2O(v) , N2(g), O2(g) a 25°C Datos: (∆Ĥf°)NH3(g) = -46.19 kJ/mol , (∆Ĥf°)NO(g) = + 90.37 kJ/mol , (∆Ĥf°)H2O(g) = - 241.8 kJ/mol , Capacidades caloríficas medias Cp aire(g) = 29.3 x10 -3 kJ/mol.°C Cp NO (g) = 29.50 x10 -3 kJ/mol.°C Cp H2O (v) =33.46x10-3 kJ/mol.°C Cp O2 (g) = 29.10x10-3 kJ/mol.°C Cp N2 (g) = 29.0x10-3 kJ/mol.°C Solución: Primer paso, realizamos la siguiente tabla: SUSTANCIA Y FASE ESTADO DE REFERENCIA ENTRADA SALIDA NH3 Especies elementales 100 - - Aire 900 - - NO - - 90 H2O - - 150 N2 - - 716 O2 - - 69 Segundo paso, haciendo uso de los datos del problema, se tiene lo siguiente: • • • Constantes para el cP del NO a x 103 b x 105 c x 108 d x 1012 29.50 0.8188 -29.25 0.3652 Tercer paso, realizamos la tabla de entalpía específica para gases selectos T(°C) 100 2.19 150 X 200 5.15 300 8.17 Cuarto paso, gracias a la tabla anterior realizamos un gráfico e interpolamos linealmente: Fuente. Elaboración propia Entonces: **Grafica utilizada: Quinto paso, realizamos el mismo procedimiento para el agua, nitrógeno y oxígeno( ): 24.92 20.59 21.86 Sabiendo que la temperatura de referencia es 25°C, se realiza lo siguiente: Sexto paso, calculamos la : Resolviendo la integral, obtenemos: Fuente. Elaboración propia Séptimo paso, realizamos la siguiente tabla: Sustancias - - - - - - - - Como último paso, realizamos el balance de energía: Finalmente, reemplazando: Despejando T: PROBLEMA N° 5: Una torre de enfriamiento húmeda debe enfriar 40 kg/s de agua de 40 a 30 °C. El aire atmosférico entra a la torre a 1 atm, con temperaturas de bulbo seco y húmedo de 22 y 16°C, respectivamente, y sale a 32 °C con una humedad relativa de 95 por ciento. Usando la carta psicrométrica, determine a) el flujo volumétrico del aire a la entrada de la torre de enfriamiento y b) el flujo másico del agua de reposición necesaria . Solución: Teniendo en cuenta los siguientes datos, hallamos la solución del inciso a y b: • Aire: • Agua: Primer paso, haremos uso de la siguiente tabla: Fuente. Felder, R. Libro Principios Elementales de los procesos químicos. Obtenemos lo siguiente: • • Segundo paso, hacemos uso de la carta psicométrica: Entalpía del aire (22 °C) Entalpía del aire (32 °C) Humedad específica del aire (22 °C) Humedad específica del aire (32 °C) Volumen especifico (22°C) Tercer paso, realizamos el balance de masa: • Balance de masa de aire seco: Fuente. Elaboración propia • Balance de masa de agua: Acomodando la ecuación: Cuarto paso, realizamos el balance de energía: Acomodando la ecuación: Quinto paso, despejando : Reemplazamos: Como último paso, calculamos los valores del inciso a y b: a) El flujo volumétrico del aire a la entrada de la torre de enfriamiento. b) El flujo másico del agua de reposición necesaria.