Serie 1

BALANCES DE MATERIA Y ENERGÍA
Profra. Leticia Valle Arizmendi
Serie 1
1.- Calcule todas las temperaturas a partir del valor que se indica
ºF
ºR
K
ºC
a)
b)
c)
395.00
87.00
940.00
522.22
249.07
d)
e)
427.00
697.00
2.- El coeficiente total de transferencia de calor por radiación y convección, ht, puede ser
calculado con la siguiente ecuación:
ht = 9.74 + 0.07 ΔT
donde:
ΔT [=] K
ht [=] W/m2 K
Transforme la ecuación de tal manera que el ΔT se introduzca en ºF y se obtenga el valor de
ht en unidades de Btu/ft2·s·R
ht=
3.- La ecuación para la velocidad de una corriente de un fluido medida con un tubo Pitot es
v = (2·ΔP/ρ)
½
donde v = velocidad
ΔP = caída de presión
ρ = densidad
¿La ecuación es dimensionalmente consistente? Explique su respuesta. Si la caída de
presión es de 15 mm Hg y la densidad del fluido es de 1.20 g/cm3, calcule la velocidad en
ft/s
V=
4.- Un número adimensional útil llamado número de Reynolds es
Re = (D · v · ρ)/µ
Donde
D = Diámetro o longitud
v = Velocidad
ρ = Densidad del fluido
µ = Viscosidad del fluido
Calcule el número de Reynolds para los siguientes casos:
D
v
ρ
µ
1
2 in
10 ft/s
62.4 lb/ft3
0.3 lb/(h·ft)
2
20 ft
10 mi/h
1 lb/ft3
0.14 x 10-4
lb/(s·ft)
3
1 ft
1 m/s
12.5 kg/m3
2 x 10-6
centipoise (cP)
4
2 mm
3 cm/s
25 lb/ft3
1 x 106
centipoise (cP)
5.- La capacidad calorífica del acetaldehído se calcula mediante la siguiente ecuación:
Cp=42.43 + 6.053x10−2 T − 5.033x10−5 T 2 + 18.20 x10−9 T 3
Donde T está en ºC y las unidades del Cp son J/(gmol)(K)
Calcule los coeficientes de la ecuación para que la temperatura T esté en ºF y las unidades
del Cp sean Btu/(lbmol)(R)
a
b
c
d
6.- Se puede utilizar la siguiente ecuación de Antoine para calcular la presión de vapor del
ácido acético:
B
ln( p* ) = A −
C +T
Donde p*=presión de vapor, mm Hg
T= temperatura, K
A= 16.8080
B=3405.57
C=-56.34
Obtenga el valor de las constantes A, B, y C para que la temperatura T esté en R y la
presión de vapor se obtenga en lbf/in2
A´
B´
C´
7.- Se tiene un flujo másico de 32 lb/min de un gas con la siguiente composición molar:
CH4
C2H4
C2H6
H2 S
55 %
15 %
15 %
5%
H2 O
10 %
Calcule:
a) el peso molecular promedio
b) la composición másica
c) el flujo molar por componente y total
d) Composición molar y másica base seca
F=
CH4
C2H4
C2H6
H2S
H2O
32 lb/min
% mol
55
15
15
5
10
Xi
0.55
0.15
0.15
0.05
0.1
=
PM
lbmol/min
masa i
wi
PM
prom=
Fmolar
wi
Xi
BASE SECA
wi
lb/lbmol
8.- Doscientos kg de un líquido contienen 40 % de butano, 40 % de pentano y 20 % de
hexano. Determine la composición en fracción molar del líquido y la composición en
fracción masa excluyendo al hexano.
F=
Butano
Pentano
Hexano
200 kg
%
C4H10
C5H12
C6H14
wi
PM
mol i
Xi
BASE SECA
masai
wi
40
40
20
9.- Una mezcla de gases consta de tres componentes: argón, B y C. Se obtiene el siguiente
análisis de la mezcla:
40 % mol de argón
18.75 % en masa de B
20.0 % mol de C
El peso molecular del argón es 40 y el de C es 50. Calcule:
a) El peso molecular de B
b) El peso molecular medio de la mezcla
10.- Un tanque contiene 250 lb de una mezcla que presenta la siguiente composición molar:
Compuesto
Carbono
%
84.9
Hidrógeno
Azufre
Nitrógeno
Oxígeno
5.85
0.69
1.80
6.76
Calcule
a) la composición másica
b) el contenido total del tanque en mol
c) el contenido másico de cada compuesto en kg
d) el contenido molar de cada compuesto en mol
F=
250 lb
Carbono
Hidrógeno
Azufre
Nitrógeno
Oxígeno
250 lb =
PM
12
2
256
28
32
%mol
84.9
5.85
0.69
1.8
6.76
masai
wi