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Operaciones Unitarias Agroindustriales I
Eliana Jara Morante
Setiembre 4, 2014
BALANCE DE ENERGA
Operaciones Unitarias Agroindustriales I
39
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)
42
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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