Ejercicios balances de energía

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE YUCATÁN

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

Ejercicios para el primer parcial.

1.-        Una mezcla gaseosa formada por etanol, acetato de etilo y metil-ciclohexano se alimenta a la velocidad de 75 000 pie3 /hr, temperatura de 130 °C y presión de 170 kPa, a un intercambiador de calor que funciona isobáricamente con agua de enfriamiento que entra a 14 °C y sale a 42 °C. La mezcla gaseosa está en una relación peso a peso de 3.5: 5.0: 2.5 de etanol, acetato de etilo y metil-ciclohexano, respectivamente; esta mezcla sale del intercambiador a 65 °C. Calcular la cantidad de agua de enfriamiento necesaria a utilizar cada hora.

2.-        En un proceso para la producción de cal a partir de piedra caliza, se alimentan a un precalentador 25000 kg de piedra caliza formada por 95 % de carbonato de calcio y 5 % de carbonato de magnesio a la temperatura de 30 °C; este mineral se precalienta hasta la temperatura de 230 °C, antes de alimentarlo al horno de calcinación. Como medio de calentamiento se utilizan gases de chimenea con una composición del 70 % de nitrógeno, 7 % de oxígeno y 23 % de dióxido de carbono, a la presión de 800 mmHg y temperatura de 675 °C. Los gases de chimenea salen del precalentador a 450 °C y se alimentan a un generador de vapor de agua, antes de tirarlos a la atmósfera a 120 °C, El generador de vapor se alimenta con agua a la temperatura de 35 °C y proporciona a la salida vapor a la presión de 350 kPa, saturado. Calcular los m3 de gases de chimenea necesarios y los kg de vapor de agua que se pueden obtener, si la eficiencia del precalentador es del 75 % y la eficiencia del generador de vapor es del 80%.

3.-        Un intercambiador de calor, con una eficiencia del 85 %, trabaja con una corriente de asfalto líquido y otra de benceno bajo las siguientes condiciones de operación:

Asfalto líquido                                        Benceno

P = 1 atm                                                P = 25 psía

Ti = 260 °C                                                Ti = 40 °C

Tf = 120 °C                                                Tf = 160 °C

°API = 45                                                M = 1800 kg/hr

Tb = 320 °C

Calcular la cantidad necesaria de asfalto líquido.

4.-        Un intercambiador de calor de coraza y tubos es utilizado para calentar 13800 lb de un aceite térmico derivado del petróleo, desde la temperatura de 45 ºC hasta la temperatura de 220 ºC; este aceite tiene una densidad de 0.875 g/cm3 y hierve a la presión atmosférica a 380 ºC. Como medio de calentamiento se utilizan gases de chimenea que contienen 14 % de CO2, 80 % de N2 y 6 % de O2, en base seca; esta mezcla tiene una temperatura de rocío de 50 ºC y contiene 20 gramos de hollín de carbón por cada metro cúbico de gas de chimenea medido a las condiciones iniciales de la mezcla gaseosa, 800 ºC y 740 mmHg. Este gas sufre una disminución en su temperatura, al pasar por el intercambiador de calor, de 425 ºC. Si la eficiencia en la transferencia de calor es del 80 %, calcular los pies cúbicos necesarios de los gases de chimenea a sus condiciones iniciales.

5.-        En un intercambiador de calor se alimenta vapor de agua a la presión de 2.15 bar y temperatura de 140 ºC, a la velocidad de 1300 kg/hr, con la finalidad de calentarlo hasta 720 K. La eficiencia térmica en este equipo es del 78 %. Como medio de calentamiento se utilizará un aceite térmico con una densidad de 0.692 g/cm3, el cual hierve a la presión atmosférica a 530 ºC, entra al intercambiador a 480 ºC y sale a 120 ºC. Calcular la cantidad de aceite térmico necesario.

6.-        Para el ácido isobutírico se tienen los siguientes datos:

        Presión (mm Hg)                100           200             400              760      1520     3800       7600

        Temp. Sat. (ºC)                98.0        115.8          134.5           154.5      179.8     217.0     250.0

        Se desea enfriar 2750 lb de este ácido, que se encuentra inicialmente a la presión de 160 kPa y temperatura de 485 K, hasta la temperatura de 130 ºC utilizando agua de enfriamiento que entra al sistema a 16 ºC y sale del mismo a 48 ºC.  Calcular la cantidad de agua necesaria, utilizando los datos proporcionados y cualquier otro dato necesario, no incluido.

7.-        Se tiene una mezcla de hexano, heptano y octano al 50%, 30% y 20% en peso respectivamente, la cual se desea evaporar a la presión de 1.35 atm. Inicialmente la mezcla se encuentra a la temperatura de 38 ºC y se alimenta al sistema a la velocidad de 2350 lb/hr. El medio de calentamiento es  vapor de agua a la presión absoluta de 7.5 kgf/cm2 y temperatura de 180 ºC, el cual abandona al sistema a la temperatura de 145 ºC; la eficiencia térmica en la transferencia de calor es del 82%. Calcular la cantidad necesaria de vapor de agua.

8.-        Calcular el calor necesario para calentar desde 35 ºC hasta 920 ºC, 325 kg/hr de cloruro cálcico.

9.-        En un proceso de combustión se producen 875,000 pie3 de gases de chimenea a la presión de 780 mmHg y temperatura de 715 ºC, los cuales se pretenden enfriar a 120 ºC antes de tirarlos a la atmósfera. La composición de los gases es de 72 % de N2, 9 % de O2, 3% de CO, 11 % de CO2 y 5% de H2O. Para lograr el enfriamiento de los gases, éstos se pasan a través de una cortina de agua que se encuentra y mantiene a la temperatura de 25 ºC. Calcular la humedad relativa de los gases fríos.

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