Ejercicio

1. Balance de Energía
Profesor: Luis Vega A
Balance de Energía (EIQ 360)
Problemas Propuestos
Calor Latente
Problema Nº1 (Nº28 CAP.9). Se emplea vapor saturado a 300ºC para calentar una corriente de
metanol desde 20ºC hasta 260ºC en un intercambiador de calor adiabático. El flujo de metanol
es de 50 litros (C.N.P.T)/min, y el vapor condensa y abandona el intercambiador como líquido a
90ºC. Calcular el flujo de vapor requerido en g/min.
Problema Nº2 (Nº31 CAP9). Cincuenta kilogramos de etanol líquido a 70ºC y treinta kilogramos
de agua líquida a 25ºC se mezclan en un recipiente cerrado y bien aislado. Despreciando toda
evaporación y calor de mezclado, calcular la temperatura final de la mezcla.
Problema Nº3 (Nº36 CAP 9). El calor de vaporización del ciclopentano (C5H10) en su punto de
ebullición normal de 322.4ºC es de 27.3 kJ/mol. Calcular el calor que debe eliminarse para
condensar 200 kg de C5H10/min a 322.4ºC.
Problema Nº4 (Nº40 CAP 9). Calcular el calor requerido para llevar 300 kg de Sodio (Na) desde
un sólido a 0ºC hasta un vapor a 1000ºC con una presión constante de 1 atm, empleando los
siguientes datos que se tienen para el Sodio:
Temperatura de fusión 97.5ºC
Calor latente de fusión a 97.5ºC 630 cal/mol
Temperatura de ebullición 914ºC
Calor latente de vaporización a 914ºC 23120 cal/mol
Capacidad calorífica del sólido (5.01+0.00535T) [cal/mol·ºC]
T en [K]
Capacidad calorífica del líquido 7.50 [cal/mol·ºC]
Capacidad calorífica del vapor 4.97 [cal/mol·ºC]
Peso molecular 23
Metanol
Vapor saturadoCondensado
20ºC 260ºC
300ºC90ºC
Unidad de
Proceso
Na(s) Na(v)
0ºC 1000ºC

2. Balance de Energía
Profesor: Luis Vega A
Problema Nº5 (Nº41 CAP 9). Se enfría CO2 a 20 ºC y 1 atm, para que desublime directamente a
un sólido (hielo seco) a –78.4 ºC. El calor de sublimación a esta temperatura es de 6030 cal/mol.
Calcular el calor que se requiere eliminar para producir 400 kg de CO2(s)/hr a la temperatura de
sublimación.
Problema Nº6 (Nº42 CAP 9). Se enfría tolueno desde 1000ºF hasta 75ºF en una unidad de
intercambio de calor continuo. La salida de esta unidad se coloca en tambores de 200 galones,
requiriéndose 2 minutos para llenar un tambor. Calcular el calor que se debe retirar de la unidad
en Btu/hr.
Problema Nº7 (Nº44 CAP.9).- Doscientos kilogramos por hora de una mezcla equimolar de
alcohol etílico (etanol) y agua a 0ºC deben vaporizarse y calentarse hasta 400ºC a 1 atm.
Calcular el calor, en kJ/hr, que debe suministrarse, suponiendo despreciable el calor de
mezclamiento.
Problema Nº8 (Nº52 CAP 9). Una corriente que contiene 40% de benceno y 60% de n-Hexano
en peso a 60 [ºC] se alimentan a un evaporador continuo de una etapa. Se vaporiza el 55% del
benceno de la alimentación. Se analiza el vapor y se encuentra que contiene 58% en peso de
benceno. Tanto la corriente líquida como la corriente en estado de vapor salen de la unidad a
160 [ºC]. Calcular el requerimiento de calor para este proceso, expresado en kJ/kg de
alimentación.
Problema Nº9 (Nº53 CAP 9). Se alimenta en forma continua alcohol etílico a 20ºC a un
evaporador adiabático donde se convierte en vapor saturado a 1 atm. El calor es suministrado
por un serpentín al que se le alimenta vapor saturado de agua a 4.8 bar, el que condensa en
serpentín y sale a la temperatura de saturación correspondiente. Calcular la relación masica
entre el vapor de agua y la alimentación de alcohol etílico.
Unidad de
Enfriamiento
CO2(g) CO2(s)
20 ºC y 1 atm - 78.4 ºC
Q
200 kg/hr
0ºC 400ºC
Evaporador
40% benceno
60% n-Hexano
60 [ºC] 160 [ºC]
58% benceno

3. Balance de Energía
Profesor: Luis Vega A
Problema Nº10 (Nº54 CAP 9). En un intercabiador de calor adiabático se enfría una corriente de
2.0 m3/min de n-hexano desde 150ºC y 1 atm hasta 50ºC, mientras que el agua de enfriamiento
se calienta desde 20ºC hasta 40ºC. Calcular el flujo de agua requerido en lt/min.
Problema Nº11 (5.47 VW). El aire contenido en un cilindro con un embolo es comprimido en un
proceso en cuasiequilibrio. La relación entre la presión y el volumen durante la compresión es
PV1.25 = constante. La masa de aire en el cilindro es 0.2 lbm. La presión inicial es 20 psi y la
temperatura inicial es 60ºF. El volumen final es 1/8 del volumen inicial. Determinar tanto el
trabajo como el calor en Btu.
Problema N°12 (5.50 VW). En una tubería se presentan efectos de fricción al paso del aire
dentro de ella. En un punto de la tubería la presión es 100 [psi], la temperatura 100 [ºF] y la
velocidad 300 [pie/s]. Más adelante, la presión es 70 [psi]. Suponiendo que no hay transmisión
de calor durante el proceso, encontrar la velocidad y temperatura final del aire. (Dato:
Cp(AIRE)=0.24 btu/lbm °R)
Problema Nº13 (Nº59 CAP 9). Una mezcla de vapor de acetona y aire abandona una unidad de
recuperación de solvente y fluye a través de un ducto de 70 cm de diámetro, a una velocidad de
3 m/s. En un punto de muestreo en el ducto, la presión es de 850 mm Hg, la temperatura es de
40ºC y el punto de rocío es de 25ºC. Calcular la temperatura a la cual debe de enfriarse el gas a
fin de recuperar 90% de la acetona como líquido, así como el calor que se requiere retirar en kW.
Problema Nº14 (Nº64 CAP 9). Se alimentan 600 lt/hr de una mezcla líquida de benceno y
tolueno, que contiene 40% en peso de benceno a 88ºC y 10 atm., a un tanque de separación
instantánea en equilibrio. Cuando la alimentación se expone a una presión reducida dentro del
tanque, una porción substancial de la misma se vaporiza. En el tanque se mantiene una
temperatura de 75ºC mediante el suministro de calor tal como se vaya requiriendo. El producto
líquido contiene 43.9% de benceno, y se encuentra en equilibrio con el producto en estado de
vapor. Calcular el flujo de calor requerido, en kW.
Intercambiador de Calor
150ºC 50ºC
20ºC 40ºC
n-hexano
Agua
Evaporador
Alcohol etílico a 20ºC
Vapor de agua a 4.8 bar Condensado
Vapor saturado de
Alcohol etílico
Producto vapor
Producto líquido
Mezcla líquida a
10 atm