SOLUCIÓN DEL EXAMEN FINAL (5) DE TERMODINÁMICA EN ING QCA (72115)

SOLUCIÓN DEL EXAMEN FINAL (5) DE TERMODINÁMICA EN ING QCA (72115)

REFLEXIONES:

1. Los conceptos y principios deben estar claros antes de realizar los cálculos.

Hay que apropiar, interiorizar y comprender los conceptos y principios (teoría) para poder planificar la estrategia de cálculo.

Los diagramas son útiles para entender y visualizar el proceso. En el caso del primer punto, el diagrama Txy a presión constante era la clave para comprender que la solución está en su punto de burbuja y había que hallar su temperatura y la composición yG. El balance de materia y de energía traían los resultados esperados. En el caso del segundo punto, hay dos incógnitas (grado de conversión y temperatura); esto significa que hay que encontrar dos ecuaciones independientes: la ecuación del equilibrio químico y la ecuación del balance de energía.

1. La dependencia de la herramienta Solver de las calculadoras fue una limitante. No siempre es suficiente esta herramienta, porque en caso de varias ecuaciones anidadas, se dificulta su uso. Sin embargo, las calculadoras disponen de hasta memorias para guardar constantes y valores que se usan con mucha frecuencia. Hay que explotar y aprovechar esas memorias.
2. El trabajo en equipo es fundamental. Los cálculos deben coordinarse previa planificación de las actividades. Si cada miembro del equipo hace una tarea sin coordinación, no se obtienen buenos resultados.
3. A través del curso se insistió en tener presente que son apenas tres principios básicos en equilibrio termodinámico: 1) balance de materia; 2) criterio o ecuación del equilibrio de fases y criterio o ecuación del equilibrio químico; c) balance de energía
4. Se diseñaron diez (10) tipos de exámenes con datos diferentes pero el método de solución era el mismo.

TIPOS DE EXAMEN:

TIPO DE EXAMEN A MODO DE EJEMPLO: 5

PRIMER PUNTO (50%)  

El sistema binario acetona (1)-agua (2) obedece a la ley de Raoult modificada por el modelo de Wilson.

25 kmol/h de una mezcla gaseosa que contiene 35% de acetona (1) y el resto de agua (2) a 94° C y 115 kPa se condensa parcial e isobáricamente por enfriamiento hasta una temperatura T. A esta temperatura la solución en equilibrio contiene 8% de acetona y 92% de agua. A partir de los parámetros binarios del modelo de Wilson, considerando fase gaseosa ideal y Cp/R constantes, determine el flujo de calor transferido, en kJ/h

Datos:

Parámetros binarios del modelo de Wilson y constantes de Antoine: ln(Psat) = A – B/(T + C); Psat en kPa, T en ° C

SOLUCIÓN

Proceso: Condensación parcial por enfriamiento a presión constante, P = 115 kPa

Entrada:

F = 25 kmol/h de una mezcla gaseosa ideal a TF = 94° C, P = 115 kPa y zF(1) = yF(1) = 0,35

Salidas:

L kmol/h de solución a TL, P = 115 kPa y xL(1) = 0,08;

G kmol/h de una mezcla gaseosa a TG = TL, P = 115 kPa y yG(1) en equilibrio con la solución

La temperatura de la solución (TL) con xL(1) = 0,08, es igual a la temperatura de la mezcla gaseosa (TG) con yG(1) ya que están en equilibrio. Esta temperatura es la temperatura de burbuja.

Principios fundamentales:

1. Balance de materia:                

F = G + L;   F* zF(1) = G* yG(1) + L* xL(1);    Despejando:  G/F = [(zF(1) – xL(1)]/[ yG(1) – xL(1)]

1. Ecuación de equilibrio:

yG(1) = P(1)satγ(1)* xL(1)/P

1. Balance de energía:

Q = G*(hG – h0) + L*(hL – h0) – F*(hF – h0)

Cálculo de la temperatura de burbuja:

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