ejercicios prácticos sin reacción química

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PROGRAMA NACIONAL DE FORMACIÓN EN INGENIERIA DE SISTEMAS DE CALIDAD Y
AMBIENTE
U. C. Calidad y Ambiente de los Procesos Tecnológicos. Trayecto II. Periodo 1
Unidad III. Herramientas de análisis para los procesos tecnológicos a nivel industrial. Balance de
materia
Guía de ejercicios. Elaborada por la Coordinación de la U.C en el 2016. Actualizado 2021
1. Se mezcla una (1) tonelada de solución de etanol al 60% en peso, con otra corriente de
solución de etanol al 80%, para producir 1,25 toneladas de una solución de etanol. Calcule
la masa y las composiciones másicas de las corrientes faltantes.
2. Se destilan 100 kg/h de una mezcla que contiene partes iguales en masa de Benceno y
Tolueno. La velocidad de flujo másico del producto de tope de la columna es de 48,8 Kg/h,
el residuo de la destilación contiene 7,11 % en peso de benceno. Calcule las composiciones
y flujo faltantes.
3. Dos soluciones acuosas de Ácido Sulfúrico, se mezclan, la primera contiene 20% en peso
de Ácido Sulfúrico y una densidad de 1,139 g/mL; la segunda contiene 60 % en peso de
ácido y una densidad de 1,498 g/mL. La solución resultante de esta mezcla presenta una
concentración molar de 4M y una densidad de 1,213 g/mL. Calcule:
 La fracción másica del ácido sulfúrico en la solución producto. Resp: 0,323
 La proporción en Litros de solución al 20% / litros de solución de 60% Resp: 2,95
 La velocidad de alimentación de la solución al 60 % (L/h) que se requieren para dar
1250 Kg/h del producto. Resp: 256,6 L/h
4. Para preparar una solución de hidróxido de sodio al 50% se usa una solución diluida que
contiene 28% de hidróxido de sodio y se concentra con otra solución que está a
96%¿Cuantos kilogramos de esta base concentrada se deben añadir por cada 100 Kg de
base diluida?
5. Las fresas contienen cerca de 15% en peso de sólidos y 85% en peso de agua. Para
fabricar mermelada de fresa se combinan la frutilla molida y agua en una proporción de
45:55 % en masa y la mezcla se calienta para evaporar el agua hasta que el residuo
contiene un tercio (1/3) de agua en masa. Calcule cuantas libras de fres se requieren para
hacer una (1) libra de mermelada Resp: 2,22 Lbm de fresa.
6. Se hace pasar azúcar humeda, que contiene la quinta parte de masa en agua (1/5) por un
evaporador, el cual evapora el 85% del agua de entrada. Tomando como base de cálculo
100 Kg de alimentación, calcule la proporción de Kg de agua evaporada / Kg de azúcar
húmedo que sale de evaporador. Si se alimentan 1000 Ton/día de azúcar húmeda al
evaporador. ¿qué cantidad adicional de agua deberá retirarse del azúcar de salida para
secarla en su totalidad? Y que ingresos anuales podrán esperarse si el azúcar seca se
vende a 1,2 Bfs/Kg.
7. Una disolución acuosa de acido sulfúrico contiene 20% en masa de ácido. Se desea
producir una disolución al 8% de acido sulfúrico diluyendo un flujo de la disolución al 20%
con otro flujo de agua pura. Determina las velocidades de alimentación de la disolución al
20% y el agua necesaria para producir 2310 Lbm/min de la disolución al 8%.

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8. El matrimonio Escobar-Dominguez no tiene hijos. En una semana promedio compran y
llevan a casa unos 50 Kg de mercancías (alimentos, revistas, periódicos, electrodomésticos
y muebles, todo con su empaque) la mitad de esta cantidad se consume como alimento. La
mitad del alimento se aprovecha el el mantenimiento biológico y termina por emitirse como
CO2 ; el resto se descarga al sistema de alcantarillado. Los Escobar –Domínguez reciclan un
25 % de los residuos sólidos que generan. Más o menos se acumula un (1) kilogramo en la
casa. Estime la cantidad de residuos sólidos que ponen en la acera cada semana. Resp: 18
Kg.
9. María llena su tina de baño, pero olvido poner el tapón. Si el volumen de la tina es 0,350 m3
y de la llave salen 1,32 L/min, y por el fondo salen 0,32 L/min, ¿Cuánto tiempo tardará en
llenarse la tina? Suponiendo que María cierre el agua cuando la tina este llena y no inunde
la casa, ¿Cuánta agua habrá desperdiciado? Suponga que la densidad del agua es 1000
Kg/m3. Resp: 350 min , 112 L
10. Un drenaje pluvial conduce nieve fundida con 1200 g/L de cloruro de sodio y lo descarga en
una corriente pequeña. Ésta tiene una concentración natural de cloruro de sodio de 20 mg/L.
Si el flujo en el drenaje pluvial es 2000 L/min y el flujo en la corriente es de 2 m3/seg ¿Cuál
es la concentración de sal en la corriente después del punto de descarga? Suponga que el
flujo del drenaje y el flujo en la corriente están completamente mezclados, que la sal es una
sustancia que no reacciona y que el sistema está en estado estacionario. Resp: 19,69 g/L
Drenaje pluvial
11. Un relleno sanitario tiene un espacio disponible de 16,2 ha, con 10 m de profundidad
promedio. En el sitio se tiran diariamente 756 m3 de desperdicio sólido, cinco días a la
semana. Este desperdicio se compacta hasta el doble de su densidad entregada. Dibuje un
diagrama de balance de masa y calcule la duración esperada del relleno en años. Resp.
16,25 años
12. Cada mes Tintorerías “ Ambiente Limpio” compra un barril (0,160 m3) de fluido para el
lavado en seco. Noventa por ciento (90%) del fluido sale a la atmósfera y 10 % queda como
residuo que se debe desechar. La densidad de ese fluido es de 1,5940 g/mL. Dibuje un
diagrama de balance de materia y calcule la tasa de emisión mensual de masa a la
atmósfera (Kg/mes)
13. El Río Turbio tiene un flujo de 3 m3/seg. Una corriente de agua cristalina, conocida como el
“Manantial “descarga sobre él con un flujo de 0,05m3/seg. Para estudiar la mezcla de la
corriente y el rio se agrega un trazador conservativo a la corriente. Si los instrumentos que
miden el trazador pueden detectar una concentración de 1mg/L. ¿qué concentración mínima
debe lograrse en la corriente del “Manantial” para que se pueda tener esta lectura después
de que se mezclen el rio y la corriente? Supóngase que la concentración del trazador se va
Corriente

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a medir después de la mezcla completa del rio y la corriente, y que aguas arriba no hay
trazador ni en la corriente de Manatial ni en el rio antes de que las corrientes se mezclen.
¿cuál será el flujo másico por día de trazador que se le debe añadir al “Manantial”?Resp.
263,52 Kg/día
14. El jugo de fruta es una mezcla compleja de agua, fructosa, pulpa, ácido cítrico y otros
ácidos, acetatos y otros compuestos químicos. El jugo fruta de fruta fresca de la granja “La
productiva” contiene 88% en peso de agua. Un procesador de jugo de fruta compra un lote
de éste jugo fresco de 2680 Lbm, y fabrica concentrado de jugo mediante el llenado de un
evaporador con el jugo fresco, del cual evapora el 75 % del agua, y después se saca el jugo
concentrado. ¿Cuánta agua (Lbm) debe desprender el evaporador? ¿ Cuánto es en Lbm la
producción de jugo concentrado?.
15. Una mezcla 70-30 (en mol) de A y B se separa en dos corrientes, una de las corrientes
contiene 60 mol y 80 % molar de A y la segunda contiene 10 mol de A .
 Dibuje y etiquete el diagrama de bloque del proceso, coloque en las corrientes de
entrada y salida las composiciones molares y los flujos donde se señalaron.
 Calcule la cantidad de B (en Moles) en la segunda corriente de salida y las
fracciones molares de A y B en esta Corriente
16. En la figura se muestra un diagrama de flujo de bloques de la fabricación de azúcar. La caña
de azúcar (compuesta básicamente de azúcar, agua y pulpa) se alimenta a un molino donde
se extrae jarabe por trituración y bagazo; este último contiene 80% de pulpa. El jarabe,
denominado como corriente E, contiene fragmentos finamente divididos de pulpa que se
alimenta a una malla que separa TODA la pulpa y produce un jarabe transparente (H) que
contiene 15% de azúcar y 85% de agua en peso. El evaporador produce un jarabe pesado
(K) y el cristalizador produce 800 Kg/h de azúcar. Determine:
 El agua eliminada en el evaporador
 Las fracciones de masa de los componentes del flujo de desecho
 El caudal de alimentación de la caña de azúcar
 El porcentaje del azúcar que entra con la caña que se pierde con el bagazo
molino malla evaporador
cristalizador

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 Si la operación es eficiente justificando el resultado con respecto a la alimentación original.
Tabla de las composiciones de las corrientes en %
F D E G H J K L M
agua 25 100 100 0
azúcar 16 13 15 0 40 0 100
pulpa 59 80 14 95 0 0 0
17. El siguiente diagrama de flujo muestra 2 procesos unitarios continuos en estado
estacionario. Cada corriente de componentes A y B, en diferentes proporciones. Hay tres
corrientes(1, 2, 3) que no se conocen su flujo y/o su composición. Calcule dichos flujos y
composiciones.
18. Una mezcla de tres componentes orgánicos, benceno B, tolueno T y Xileno X, se separan
por destilación fraccionada continua en dos torres de destilación. En la primera torre se
obtiene como producto de tope 80% del benceno alimentado. La segunda torre se alimenta
con 1700 lb/h , de los cuales un 60 % sale como producto de tope . calcule:
 El flujo de alimentación al sistema en lb/h y la composición de ella.
 La cantidad de benceno Lb/h obtenido en la primera columna como producto de tope.
 La cantidad de xileno obtenido en la segunda torre como producto de cola lb/h
100Kg/h
0,5A
0,5B
40Kg/h
0,9A
0,1B
30Kg/h
0,3A
0,7B
30Kg/h
0,6A
0,4B
Torre
1
Torre
2
96% B
4%T
99% X
1%T
97% T
2%B
1%X