Operaciones Unitarias Agroindustriales I

Eliana Jara Morante

Setiembre 4, 2014

BALANCE DE ENERGA

Operaciones Unitarias Agroindustriales I

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Balance de Energa

Eliana Jara Morante

Agosto 28, 2014

Proceso P1 C1 U1 1

P2 C2 U2 2

Q W

z1 z2

Referencia

Ecuacin de Energa

Basada en la primera ley de la termodinmica

41

+

=

trabajopor otransferid

neta Energa

sistemaal otransferid

neta Energa

sistemael en acumulada

energa la en ambioC

sistemaoutin

sistemaoutin

sistema

WWQQdVeDtD

+

=

Balance de Energa

La contribucin total de energa del fluido en cualquier punto (e): Energa interna (U)

Energa potencial debido a la cambio en nivel (Ep)

Energa cintica (Ec)

Energa requerida para que el fluido fluya a travs del fluido (PV)

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Balance de Energa

Q: considera la energa transferida al volumen de control debido a la diferencia en temperatura (radiacin, conduccin o conveccin)

W: trabajo realizado por el sistema (+W) o sobre el sistema (-W) A travs de turbinas

Propulsores

Ventiladores

compresores

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Balance de Energa

En forma general:

Para un sistema de flujo y reemplazando U=f(H):

44

=

++++

snetovc

WQdAngzPUdVet

).(2

2

spc WQEEHPVHU

=++=

Problema 1

La biomasa se encuentra en un reactor, se usa vapor saturado (250C) para calentar la biomasa y sale como lquido condensado. El flujo del calor perdido de la chaqueta de calentamiento hacia los alrededores de 1.5 kJ/s. Los reactantes se localizan en el reactor a 20C y al final del calentamiento alcanza los 100C.

Cuntos kilogramos de vapor se requieren por kilogramo de carga? La carga permanece en el reactor por 1 hora.

45

Problema 1

La carga consiste de 150 kg de material con una capacidad calorfica de 3.26 J/g-K.

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Biomasa

Vapor saturado 250C

Lquido condensado 250C

Prdida de calor: 1.5 kJ/s

Balance de Energa

Capacidad calorfica: cantidad de calor que absorbe el sistema por cada grado de incremento Cv: a volumen constante

Cp: a presin constante

Energa interna: Energa contenida en un sistema de volumen

constante

47

sWdQU =

VP CCR =

Balance de Energa

Entalpa: Energa contenido en un proceso de flujo

Calor sensible Energa absorbida o cedida por un sistema sin que

exista cambio de fase

Calor latente Cantidad de energa absorbida o cedida por la masa

de un sistema durante el cambio de fase a T y P cte.

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mQTmCQ lps ==

Problema 2

En un reactor qumico se generan 4500 kcal/h para regular su temperatura y para que la presin en el reactor no se incremente, se hace pasar por las tuberas que rodean al reactor enchaquetado, agua a una temperatura de 20C. Se sabe que para que exista una perfecta regulacin, el agua debe salir del enchaquetado como vapor a 150C.

Determine la cantidad de agua que se debe alimentar al intercambiador de calor por minuto para lograr la regulacin de la temperatura

Considere que el calor latente de vaporizacin del agua es de 540 cal/g y capacidad calorfica de 1 cal/g-C y que el reactor tiene una eficiencia en la transferencia de calor del 65%.

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Problema 3

Un secador de textiles consume 4 m3/h de gas natural con una capacidad calorfica de 800 kJ/mol. Si el secador logra secar 60 kg de ropa hmeda por hora, desde un contenido de humedad de 55% a 10%.

Estime la eficiencia trmica del secador tomando en cuenta el calor de vaporizacin

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Problema 4

Un autoclave contiene 100 latas de sopa que se calienta hasta una temperatura de 100C. si las latas se enfran hasta 40C antes de salir del autoclave, determine la cantidad de agua de refrigeracin que se requiere, si se alimenta a una temperatura de 15C y sale a 35C.

El calor especfico de la sopa y de las latas es de 4.1 kJ/kg-C y 0.50 kJ/kg-C respectivamente. El peso de cada lata es 60 g y contiene 0.45 kg de sopa

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Balance de Energa

Sistemas reactivos Moles que quedan en el sistema luego de la

reaccin

Calor reaccin estandar

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reaccin lade avance

nnnrxj

jiii

:

..0,,0

=

+=

==react

ifiprod

ifii

ifirx HHHH ,,,0

Balance de Energa

Una o ms de una reaccin

Una sola reaccin

53

=

+=

2

1

,,0

T

TP

reactifi

prodifirx

jj

dTmCH

HHHH

+=react

ifiprod

ifirx HHHH ,,0

Problema 5

Se quema metano con aire en un reactor de combustin continua en estado estacionario y se obtiene una mezcla de CO y CO2 y H2O.

Se alimenta una mezcla de composicin 7.80% CH4, 19.4% O2 y 72.8% N2. La conversin del metano es del 90% y el gas que sale del reactor contiene 8 mol de CO2/CO.

Realice el balance de masa

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OHCOOCHOHCOOCH

2224

2223

4

222++

++

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