Primer Ejercicios Felder

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calculo de ingenieria

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UNIVERSIDAD DE GUAYAQUILFACULTAD DE INGENIERA QUMICA CARRERA INGENIERIA QUIMICA CALCULO DE INGENIERIA II(303)TEMA:EJERCICIOS DE BALANCE DE ENERGIAPARALELO:TERCERO: CINTEGRANTES:KAREN LLERENA GINGER FIGUEROA GEMA SANCHEZ JAEL GUERRERO JENNIFFER CEVALLOS

PROFESOR: ING. JOSE VALDEZ

FECHA DE ELABORACION: 30 DE MAYO DEL 2014

FECHA DE ENTREGA: 5 DE JUNIO DEL 2014

GUAYAQUIL-ECUADORPROBLEMA RESUELTO.-EJEMPLO 8.6-1 Balance de energa en un proceso de un componenteSe mezclan dos corrientes de agua a fin de formar la alimentacin a una caldera. A continuacin figuran datos del proceso.Corriente de alimentacin 1: 120 kg/min @ 30CCorriente de alimentacin 2: 175 kg/min @ 65CPresin de la caldera: 17 bares (absoluto)El vapor de salida emerge de la caldera a travs de una tubera de 6cm de dimetro interno (di). Calcular la alimentacin de calor requerido en la caldera, en kilojoules por minutos si el vapor que emerge se encuentra saturado a la presin de la caldera. Despreciar las energas cinticas de las corrientes de lquido a la entrada. SOLUCION: 120 kg H2O (l)/min 30C, =271.9 kJ/kg 295 kg, H2O (v)/min 175 kg H2O (l)/min 17 bares, saturados (104C) 65C, =271.9 KJ/kg =2793 KJ/kg Tubera de 6cm de Di Calor Q (KJ/min)BASE:SISTEMA:Q + WS = H + EK + EP WS =0: no hay partes mviles Ep =0: generalmente supuesto as a menos que se produzcan desplazamientos a travs de grandes alturasQ = H + EK

Evaluar H.-A partir de la ecuacin 8.4-14.H =salida ni i - entrada ni i H = 295kg 2793kj 120kg 125.7kj 175kg 271.9kj = 7.61x105 kJMin kg min kg min kg minEvaluar EK .-A partir de la tabla B-5, el volumen especfico del vapor saturado a 17 bares es 0.1166 m3/kg, y la seccin transversal de la tubera de 6 cm de Di es:A = R2 = 3.1416 (3.00)2 cm2 1m2 = 2.83x10-3 m2 104 cm2La velocidad del vapor es:V (m/s) = V (m3/s) / A (m2) = 295kg 1min 0.1166m3 Min 60 s kg 2.83x10-3m2 =202 m/sEntonces, dado que las energas cinticas de las Corrientes de entrada se suponen despreciables, Ek = (EK) vapor = mv2/2gcEk = 295kg/min (202)2m2 J. s2 1kJ = 6.02x103Kj/min 2 s2 1 kg. m 103JFinalmente: Q = H + Ek Q = {(7.61X105) + (6.02X103)} KJ/min Q = 7.67X105Kj/min

EJEMPLO 8.6-2 Balance de energa en un proceso de dos componentesDebe calentarse una corriente gaseosa que contiene 60% en peso de etano y 40% de butano, desde 70F hasta 220F, a una presin de 30 PSIA. Calcular el suministro de calor requerido por libra de mezcla, despreciando cambios de energa cintica y potencial y empleando datos tabulados de entalpia para C2H6 y C4H10.

1lbm @ 70F, 30 psia 220F, 30 psia 0,6 lbm C2H6, 453.9 Btu/lbm 0,6 lbm C2H6, 522.8 Btu/lbm 0.4 lbm C4H10, 164.9 Btu/lbm 0.4 lbm C4H10, 227.5 Btu/lbm

Q (Btu) No se requieren balances de materia ya que solo hay una corriente de entrada y una de salida, de manera que es posible proceder directamente al balance de energa. Q + WS = H + EK + EP WS = 0(no hay partes mviles) EK = 0, EP = 0(hiptesis)Dado que los materiales de proceso son todos gases, podemos establecer que las entalpias de cada corriente sean equivalentes a la suma de las entalpias de los componentes individuales y escribir:H =comp. de salida ni i - comp. de entrada ni i H = 0.6 lbm C2H6 522.8 Btu + 0.4lbm C4H10 227.5 Btu lbm lbmH = - (0.6) (453.9) (0.4) (164.9) = 66.4 Btu

EJEMPLO.- 8.6-3 Balances simultneos de materia y energaSe descarga vapor saturado a 1 atm de una turbina con un flujo de 1000kg/hr. Se requiere vapor sobrecalentado a 300C y 1 atm como alimentacin a un intercambiador de calor; para producirlo, se mezcla la corriente de descarga de la turbina con vapor sobrecalentado disponible a partir de una segunda fuente a 400C y 1 atm. La unidad de mezclado opera adiabticamente. Calcular la cantidad de vapor producida a 300C, y el flujo volumtrico requerido de la corriente a 400C.Solucin:Las entalpias especficas de las dos corrientes de alimentacin y de la corriente de salida se obtienen a partir de las tablas de vapor, y se incluyen en el diagrama de flujo que se muestra a continuacin. Descarga de tubera 1000kg H2O (v)/hr

1atm, saturado (100C) = 2676 kJ/kg N2 [kg H2O (v)/hr] N1 [kg H2O (v)/hr] 300C, 1atm 400C, 1atm = 3074 kJ/kg = 3278 kJ/kgEn este proceso hay dos incgnitas n1 y n2 y solo un balance de material permitido.Balance de materia sobre el agua: 1000 + n1 = n2 (kg/hr)Balance de energa:Q + WS = H + EK + EP Q = 0 (el proceso es adiabtico) WS = 0 (no hay partes mviles) EK = 0, EP = 0 (por hiptesis)H =salida ni i - entrada ni i H = 1000kg 2676kJ + (n1) (3278) = (n2) (3074)La resolucin simultanea de (1) y (2) da:N1 = 1951 kg/hrN2 = 2951 kg/hr flujo de productosDe la tabla B-6, el volumen especifico de vapor a 400C Y 1 atm (= 1 bar) es de 3.11 m3/kg. El flujo volumtrico de esta corriente resulta entonces:1951 kg 3.11 m3 = 6070 m3/hr Hr kgEJEMPLO.- 8.7-1 La ecuacin de BernoulliFluye agua a travs de un sistema que se esquematiza ms abajo, con un flujo de 20 litros/min. Estimar la presin requerida en el punto 1 si las prdidas por friccin resultan despreciables.

50m 2 Tubo de 1cm de Di P2 = 1atm

1 Tubo de 0.5cm de Di 20 litros de H2O/min P2 = Solucin:Todos los trminos de la ecuacin de Bernoulli, la ecuacin 8.7-3, se conocen salvo P, la variable a determinar, y v2, la cual debe calcularse a partir del flujo de lquido conocido y los dimetros de la tuberas de entrada y salida.Velocidad:V (m/s) = V (m3/s)/A (m2)El flujo volumtrico debe ser el mismo en los puntos (1) y (2). (Por qu?)

v1 = 20 litros 1 m3 104 cm2 1 min = 17.0m/s min 103 litros (0.25)2 cm2 m2 60 s

v2 = 20 litros 1 m3 104 cm2 1 min = 4.24m/s min 103 litros (0.5)2 cm2 m2 60 s

v2 = (v22 v12) = (4.242 17.02) m2/s2 = -271.0m2/s2

Ecuacin de Bernoulli (ecuacin 8.7-3):

P (N/m2) + v2 (m2/s2) + g (m/s2) z (m) = 0 p (kg/m3) 2. gc (kg. m/s2 . J) gc (kg. m/s2. J)

P = (P2 P1) p = 1000 kg/m3 v2 = -271.0 m2/s2 gc = 1 kg. m/s2. Jg = 9.81 m7s2 z = z2 z1 = 50m

P2 - P1 - 135.5 + 490 = 0 (J/kg) 1000 P2 = 1 atm = 1.01325x105 N/m2P1 = 4.56X105N/m2 = 4.56x105 Pa = 4.56 baresEJEMPLO 8.7-2 Vaciado por sifnDebe vaciarse la gasolina (p = 50lbm/pies3) de un tanqueLa perdida por friccin en la tubera es F=0.8 pies . lbf/lbm . Estimar cuanto tiempo insumir vaciar mediante sifn cinco galones, despreciando el cambio en el nivel de lquido del tanque de gasolina durante este proceso, y suponiendo que tanto el punto (1) (sobre la superficie de lquido en el tanque de combustible) y el punto (2) (en el tubo, junto a la salida) se encuentra a 1 atm.

Manguera de de Di 1

2.5 pies 2

Solucin:Punto 1: P1 = 1 atm, v1 = 0 pies/s, z1 = 2.5 piesPunto 2: P2 = 1 atm, v2 = z2 = 0 piesBalance de energa mecnica (ecuacin 8.7-2):(P/p) + (v2/2gc) +