EJERCICIOS DE BALANCE DE ENERGIA
kapacuheTrabajo4 de Marzo de 2021
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EJERCICIOS DE BALANCE DE ENERGIA
KAREN PAOLA CUITIVA HERNANDEZ
EJERCICIO 1)
Se quema metano en un horno con el doble de la cantidad estequiométrica de aire. El
metano y el aire ingresan en el horno a 25° C. Calcúlese la temperatura teórica de flama.
La reacción que ocurre es:
CH4(g) + 2 O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(l)
Base de cálculo: 1 g mol de metano.
Se hace el balance de masa:
nO2 teórico = 2 g mol.
nO2 suministrado = 4 g mol.
nN2 suministrado = 15,05 g mol.
nCH4 suministrado = 1 g mol.
Masa total suministrada = (1 g mol)*(16 g/g mol) + (4 g mol)*(32 g/g mol) + (15,05 g mol)*(28 g/g
mol) = 565,4 g.
nCO2 producido = 1 g mol.
nH2O producido = 2 g mol.
nO2 que salen = 2 g mol.
nN2 que salen= 15,05 g mol.
Masa total a la salida = (1 g mol)*(44 g/g mol) + (2 g mol)*(18 g/g mol) + (2 g mol)*(32 g/g mol) +
(15,05 g mol)*(28 g/g mol) = 565,4 g.
La ecuación que se aplica para calcular la temperatura teórica de flama es:
ΔHo
R = ΔHPRODUCTOS = ∫Tf298 CP * dT (Los reactivos están a 25° C).
CP CO2 = [(6,214 + 10,396*10-3T – 3,545*10-6T2) cal/(g mol K)]*1 g mol.
CP H2O = [(7,256 + 2,298*10-3T + 0,283*10-6T2) cal/(g mol K)]*2 g mol.
CP O2 = [(6,148 + 3,102*10-3T – 0,923*10-6T2) cal/(g mol K)]*2 g mol.
CP N2 = [(6,524 + 1,25*10-3T – 0,001*10-6T2) cal/(g mol K)]*15,05 g mol.
CP CO2 = 6,214 + 10,396*10-3T – 3,545*10-6T2
CP H2O = 14,512 + 4,596*10-3T + 0,566*10-6T2
CP O2 = 12,296 + 6,204*10-3T – 1,846*10-6T2
CP N2 = 98,19 + 18,8*10-3T – 0,01505*10-6T2
CP = 131,212 + 0,04T – 4,84*10-6T-2
ΔH°R = -212,798 kcal/g mol. (Corresponde al calor estándar de combustión del metano).
Entonces: -212798 cal = ∫T298(131,212 + 0,04T – 4,84*10-6T2)*dT
-212798 cal = 131,212*(298 – T) + 0,02*(2982 – T2) – 1,61*10-6 *(2983 – T3)
-212798 cal = 39101,2 – 131,212*T + 1776,1 – 0,02*T2 – 42,61 + 1,61*10-6T3
-253632,69 = – 131,212*T – 0,02*T2 + 1,61*10-6T3
Se suponen valores para la temperatura hasta cuando los dos miembros de la ecuación se igualen:
Primera suposición: T = 1500° C → -253632,69 cal ≠ -286536,16 cal.
Segunda suposición: T = 1200° C → -253632,69 cal ≠ -231524,28 cal.
Tercera suposición: T = 1320° C → -253632,69 cal = 253265,31 cal.
Este valor se puede aceptar. Entonces: T = 1320° C. También se puede obtener interpolando entre
las dos primeras suposiciones. Haciendo esto último se obtiene T = 1320,57° C.
EJERCICIO 2
Una solución de un coloide orgánico en agua se va a concentrar de 10% a 50% de sólidos
en un evaporador. El vapor utilizado para el calentamiento tiene una presión manométrica de 1,05
kg/cm2. En el espacio de vaporización se mantiene una presión absoluta de 10 cm. de Hg. La
alimentación será de 25000 kg/h. La disolución tiene una elevación del punto de ebullición y un
calor de disolución despreciables. Calcule el consumo de vapor si la temperatura de la alimentación es de 20º C. El CP de la disolución entrante es de 0,9 kcal/ (kg º C).
[pic 1]
Presión del vapor de calefacción: 1,05 kg cm.-2 *101325 Pa/1,0333 kg cm.-2 + 101325 Pa
= 204288 Pa.
Presión en la cámara de vaporización: 10 cm. Hg* 101325 Pa/76 cm. Hg = 13332,24 Pa.
Balances de masa:
L1*x1 = L2*x2 → L2 = 25000 kg/h*(0,1/0,5) = 5000 kg/h
L1 = G3 + L2 → G3 = 25000 kg/ − 5000 kg/h = 20000 kg/h
Balance de energía:
L1H1 + G4H4 = G3H3 + L5H5 + L2H2
G4*(H4 – H5) = G3H3 + L2H2 – L1H1
De las tablas de propiedades termodinámicas para el agua:
H4 – H5 = 2200 kJ/kg (Interpolando).
TPRODUCCIÓN VAPOR = 51,25º C
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