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1
Balance de materia
Proceso continuo y discontinuo Proceso en estado estacionario y no estacionario.
Balance de materia para un proceso contínuo en estado estacionario
entrada = salida (masa por unidad de tiempo)
proceso continuo en estado estacionario
m1
m2m3
m4
m5
m1 + m2 = m3 + m4 + m5
(mi es el flujo de materia o caudal, es decir tiene unidades de kg/h, g/min, ton/año, mg/s)
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Balance de materia por componente (sin reacción química)
Composición
Fracciones: en peso, wA es la fracción en peso del componente A
porcentajes: son las fracciones multiplicadas por 100.
Relaciones: RA = mA / mB puede demostrarse que:RA = wA / (1- wA)wA = RA / ( 1+ RA)
proceso continuo en estado estacionario
m1
m2m3
m4
m5
m1 wA1 + m2 wA2 = m3 wA3 + m4 wA4 + m5 wA5
3
Problema 3 de la Guía de ProblemasEjemplo balance de masa(sistema cerrado, selección de base de cálculo)
Leche desnatada (0.4 % en peso de grasa) se produce por centrifugación de una leche entera que contienen 3.5 % en peso de grasa. La crema que se separa de la leche entera tiene 50% en peso de grasa.¿Cuál es la proporción entre la leche desnatada obtenida y la crema que se separa?
Proceso: centrifugación
m1 = 100 kgwA = 0.035
m2
wA = 0.004m3
wA = 0.50
100 · 0.035 = m2 ·0.004 + (100 – m2) ·0.50
m2 = 93.75 kg
m3 = 6.25 kg
m2/m3 = 15
4
Balance de energía
C
F
Hipótesis: las perdidas de calor al exterior son despreciables.
QF = QC
El calor que recibe el fluido FRIO es igual al calor que cede el fluido CALIENTE.
Ejemplo:
C = vapor de agua a 150 °C
F = zumo de naranja a 20 °C
Las temperaturas de salida del vapor de agua y del zumo de naranja dependen de los respectivos caudales y de la capacidad de las sustancias de transferir calor.
5
Propiedades termoquímicas de las sustancias
Calor latente : calor que suministrado a temperatura constante produce el cambio de estado de una sustancia.
Qlatente = masa · = calor latente
(ver Tabla 1)
Calor sensible : calor que suministrado (o extraído) a una sustancia produce un aumento (disminución) de su temperatura.
Qsensible = masa · cp · TCp = calor específico o capacidad calorífica
(ver Tabla 2)
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Propiedades físicas de algunas sustancias
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Calor latente de ebullición del agua en función de la presión
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Problema 5 de la Guía de ProblemasEjemplo de balance de energía
Zumo de naranja entra a un intercambiador de calor a 12°C con un caudal de 500 kg/h. El zumo es calentado utilizando agua (0.11 kg/s) a 80°C, la que sale del inercambiador de calor a 30°C. ¿Cuál es la temperatura final del zumo de naranja?Datos:Calor específico medio del agua = 4.18 kJ/kg°CCalor específico medio del zumo = 3.80 kJ/kg°C
aguam2 = 0.11 kg/s80°C
aguam2 = 0.11 kg/s30°C
zumom1 = 500 kg/s12°C
zumom1 = 500 kg/st ?
QC = Qagua = (0.11 · 3600) · 4.18 · (80 - 30)
QC = 82764 kJ/h
QF = Qzumo = 500 · 3.80 · (t -12)
t = 55.56 °C