1. INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
UPIICSA
“BATERIA PLANTAS Y PROCESOS”
Erick Badillo García
Sec: 2010600929
Sec: 5IV2

2. Batería de problemas para el examen extraordinario
1.
Una solución que contiene 10 % de NaCl; 3 % de KCl y 87 % de agua se alimenta al proceso mostrado en la figura a la velocidad de
18400 Kg/h. las composiciones de las corrientes son como se indica. Producto del evaporador: (P): NaCl 16,8 %; KCl 21,6 % y H 2O
61,6 %
Recirculación: (R): NaCl 18,9 %; KCl 12.3%; H2O 68.8%. Calcúlese los Kg/h de (P) y (R), también complete las composiciones
de cada corriente.
18400 Kg/h
0.1 NaCI
0.03 KCL
0.87 H₂O
A
B
VAPOR DE AGUA
EVAPORADOR
R
P
0.168NaCI
0.216 KCL
0.616 H₂O
E
NaCI
KCI
C
D
BALANCE GENERAL
A=18400=B+C+D
BALANCE DE MATERIA POR COMPONENTE
NaCI: (0.1*18400)=C
C= 1840 Kg/h
KCI: (0.03*18400)=D
D= 552 Kg/h
H₂O: (0.87*18400) =B
B= 16008 Kg/h
CRIZTALIZADOR
0.189NaCI
0.123 KCL
0.688 H₂O

3. BALANCE TOTAL DE MATERIA EN EL CRISTALIZADOR
P= D+R : P=552 Kg/h +R
BALANCE DE MATERIA POR COMPONENTE EN EL CRISTALIZADOR
KCI: (0.216*P) =552 Kg/h + 0.123*R
(0.216* (552 Kg/h +R))= 552 Kg/h + 0.123*R
119.23 Kg/h +0.216*R=552 Kg/h + 0.123*R
0.216*R-0.123*R=552 Kg/h-119.23 Kg/h
0.093*R=432.77 Kg/h
=4653.44 Kg/h
R=
COMO:
P=D+R
P=552 Kg/h+4653.44 Kg/h= 5205.44 Kg/h
BALANCE TOTAL DEL EVAPORADOR
A+R=E
E=B+C+P
E= 16008 Kg/h+1840 Kg/h+445205.44 Kg/h=23053.44 Kg/h
BALANCE DE MATERIA POR COMPONENT EN EL EVAPORADOR
NaCI: XNaCI,v(23053.44)=1840+(0.168*5205.44)
XNaCI,v(23053.44)=1840+874.513
XNaCI,v(23053.44)=2714.51
XNaCI,v=
= 0.1177
KCI: XKCI,v(23053.44)=0.216*5205.44
XKCI,v(23053.44)=1124.375

4. =0.0487
XKCI,v
H₂O: XH₂O,v(23053.44)=16008+(0.616*5205.44)
XH₂O,v(23053.44)=16008+3206.551
XH₂O,v(23053.44)=19214.551
=0.833
XH₂O,v=
2. Una corriente A (en kg/min.) que contiene 30% m de etanol y 70% m de agua se mezcla con otra corriente B (en kg/min.) que contiene 60% m de
etanol y el resto de agua. La corriente de mezcla C (a la salida de la unidad mezcladora) contiene 35% de etanol. Calcular:
a) La proporción entre las corrientes A y B, esto es (A/B)
b) Si la corriente de salida C es 4500 kg/h ¿Cuál es la relación entre las corrientes Ay B? ¿Esta relación ha cambiado o no?
A
C
30%m
30%m
70%m
70%m
MEZCLADOR
B
30%m
70%m
B.G.M.
A + B = 100mol
(1)…
B =100 - A (2)…
Sustituir la ec. 1 en ec. 2
(.3 ) A + (.6)(100-A) =100 (.35)
A) A = 25/-0.3 = 83.34
(0.3) A + (0.6) B=100(0.35)

5. .3A + 60 - .6A = 35
-.3 A=35 – 60
A = -25_ = 83.34
-0.3
A= 83.34
B = 100 – 83.34 =16.66
B = 16.66
A)
n=
m=100
(64
) =6400
6400 kg x 60 min = 384,000 kg/hr
min
1hr
B) 4,500 K/H
83.34 Mol A (64 Kg ) x 60 min = 320,025.6 kg/hr
Min
Mol
1hr
16.66 Mol B (64 Kg ) 60 Min = 63,974.4 kg/hr
Min
Mol
1hr
320,025.6 kg/hr A x 4,500 kg C = 3,750.3 kg A
384,000 kg/hr C
h
h
63,974.4kg/h B x 4,500kg C = 749.7 kg/h A
384,000 kg/hr C
h
NO A CAMBIADO
3. Puede recuperase acetona de un gas portador, disolviéndola en una corriente de agua pura en una unidad llamada absorbedor. El
diagrama de flujo de la figura siguiente, 2000 lbm/h de una corriente con 20% de acetona se tratan con 1000 lb/h de una

6. corriente de agua pura, lo que produce un gas de descarga libre de acetona y una solución de acetona en agua. Supóngase que el
gas portador no se disuelve en el agua.
Calcule todas las variables de corrientes desconocidas
GAS
L
AGUA
A=1000 Lb
MEZCLADOR
Y= 2000 lb
XACET=0.2
X GAS=0.8
Z
XACET=?
X AGUA=?

7. BALANCE DE MATERIA GENERAL
Y+A=L+Z
2000+1000=L+Z
L+Z=3000 lb/h………………………………………………………………………………1
BALANCE DE MATERIA DE LA ACETONA
XACET*Y= XACET*Z
0.2*2000= XACET*Z
XACET*Z=400…………………………………………………………………………..2
BALANCE DE MATERIA DEL AGUA
A= (1- XACET) Z………………………………………………………………………3
BALANCE DE MATERIA DEL GAS
X GAS*Y=L
0.8*2000=L……………………………………………………………………………4
L=1600 lb/h
COMO TENEMOS L SUSTITUIMOS EN LA ECUACION 1
L+Z=3000
1600+Z=3000
Z=3000-1600
Z=1400 lb/h
SUSTITUIMOS Z EN LA ECUACION 2
A= (1- XACET) Z
=1- XACET
1-
= XACET
0.2857= XACET
XAGUA=1- XACET
XAGUA=0.7143 de H₂O

8. 4.
Establezca el balance de masa y el diagrama de flujo para producir 20 ton/día de H2SO4 según las ecuaciones de las reacciones consecutivas
y sus eficiencias obtenidas al alimentar los reactantes basándose en las estequiometrias de las reacciones.
4FeS2 + 11 O2
2SO2 + O2
SO3 + H2O
2FeO3 + 8SO2 ; con E= 90%
2SO3 ; con E= 93%
H2SO4 ; con E= 95%
Apartir de la tercera ecuación
SO3
+
80ton/ton*mol
H2O
H2SO4
18ton/ton*mol
80---------98
18----------98
x-----------20ton
98ton/ton*mol
x-----------20
x=16.33 al 95%
x=3.67 al 95%
al 100% seria 17.19
al 100% seria 3.86
Apartir de la segunda ecuación
2SO2
+
128ton/ton*mol
O2
32ton/ton*mol
2SO3 ; con E= 93%
160 ton
17.19 ton/ton*mol
128----------160
32-----------160
x-------------17.19
x------------17.19
con E= 95%

9. x=13.74
x=3.42
al 100% 14.77
al 100% 3.7
4FeS2
+
480 ton/ton*mol
11 O2
352 ton/ton*mol
De la primera ecuación
2FeO3 +
320 ton/ton*mol
480-------512
352---------512
320-------512
x-----------14.77
x------------14.77
x----------14.77
x=13.85
x=10.18
al 100% =15.38
al 100% =11.31
8SO2
con E= 90%
512 ton/ton*mol
x=9.23
al 100%=10.25
5. De acuerdo con la reacción, cuya ecuación resumida es :
4FeS2 + 11 O2
2FeO3 + 8SO2
En este proceso se oxidan 2800 ton de un mineral que contiene 42% en masa de FeS 2 empleando 4300 ton de aire con un contenido del 23
% en masa de oxigeno; reacción de la que se obtienen 750 ton de Fe2 O3.
Determine: a) el porcentaje de reactante en exceso; b) el porciento de eficiencia de la reacción; c) el balance de masa del proceso.
c) Balance de masa del Proceso.
4FeS2 + 11 O2
2Fe2 O3 + 8SO2
Calculando proporciones de los Reactivos
4FeS2
11O2
Calculando proporciones de los Productos
2Fe2 O3
8SO2
Calculando cantidad de masa que se tiene en la entrada del proceso de FeS2

10. Calculando cantidad de O2 a la entrada del proceso con relación a la masa de aire.
Si se obtiene al final del proceso 750 ton de Fe2 O3. Entonces:
a) Para calcular el porcentaje de reactante en exceso.
Para 1176 toneladas de
se necesitan de
4FeS2
Si se tienen
, con esto decimos que el reactivo limitante es
y el reactivo en exceso es
.
Porcentaje de exceso
b) El porciento de eficiencia de la reacción.
Calculando el rendimiento teórico de la reacción.
Por 1 kmol de reactivo.
Si por 480 kg de FeS2 se obtienen teóricamente
4FeS2 + 11 O2
2Fe2 O3 + 8SO2
de Fe2 O3 entonces tenemos que por
Fe2 O3
Calculando él % eficiencia con el valor teórico y real de Fe2 O3:
FeS2 :

11. 6.
Un compresor que opera en situación estacionaria, toma aire del ambiente ( P = 1 atm, T = 295 K) con una velocidad de aspiración de 4.4 m/s a
través de una sección de 0.25 m2. A la salida, tras ceder 5.5 kW de calor al entorno, se alcanza una presión de 10 bar con una temperatura de
630 K y una velocidad de 2.2 m/s. Calcula, con el modelo de gas ideal, la potencia consumida por el compresor, en kW. ¿consideras razonable
haber planteado la hipótesis de que el compresor podría considerarse adiabático?
CONDICIONES:
Volumen constante al ser un proceso estacionario.
Aire como gas ideal.
1.- Para calcular la potencia necesitamos conocer el flujo másico y el trabajo de compresión
además de entalpias. Como la entalpia es en
funciona a la temperatura de un gas ideal podemos ir a las tablas con los valores de T y obtenemos
/kg
/kg
Con los datos del estado 1 utilizaremos la ecuación térmica de estado para determinar el volumen específico.
Como se cumple para el flujo másico
Tendremos en este caso
1.
Aplicando el balance de energía a un VC estacionario
Despejando
Ya que el flujo de calor =
adiabático.
apenas supera el 1% del trabajo
, por esta razón es razonable considerarlo

12. 2.
7.
Hacerlo supone en torno al 1 % de error.
Fluye vapor de manera estable por una turbina adiabática a una tasa de 45000 lbm/h; entra a 1000 psia y 900ºF y sale a 5 psia como vapor
saturado. Si la potencia generada por la turbina es de 4 MW, determine la tasa de pérdida de calor del vapor.
Datos
M=4500 lbm/h
P1=1000 psia
T1=900 F
P2=5 psia
Estado, vapor saturado
W=4MW
M=4500 lbm/h *h/3600 seg = 12.5 lbm/seg
W=4MW=4000 KJ/seg*0.448 BTU/1KJ= 3792 BTU/seg
Con P=1000 PSIA nos vamos a las tablas en vapor saturado y comparamos la temperatura del sistema(Tsistema) con la temperatura de
saturación(Tsaturacion) y se observa que la Tsistema>Tsaturacion , lo que quiere decir que estamos en vapor sobrecalentado donde con los valores ya
mencionados buscamos la entalpia inicial.
H inicial= 1448.1 BTU/lbm
FORMULA DE BALANCE DE ENERGIA Q=ΔEc +ΔEp + ΔH+W
Como el aparato es una turbina se tiene que Q=0 , trabajo diferente de =0, energía potencial =0 , energía cinetica =0 , pero me solicitan buscar la
perdida de calor asi que queda asi.
Q-W= ΔH
Q= ΔH+W ……………..CON LA PRESION DE SALIDA Y SABIENDO QUE ESTAMOS EN VAPOR SATURADO BUSCAMOS ENTALPIA FINAL.
P2=5Psia
H final=1205.6 BTU/lbm
Teniendo la entalpia de entrada , de salida y la potencia generada por la turbina sustituimos:
Q=( H final - H inicial)+W
Q=(1205.6 – 1448.1) BTU/lbm + 303.36 BTU/lbm
Q= - 242.5 BTU/lbm

13. 8. Agua a 50ºF y 5º psia es calentada en una cámara mezclándola con vapor de agua saturado a 50 psia. Si ambas corrientes entran a la cámara
de mezclado con la misma tasa de flujo másico, determine la temperatura y la calidad de la corriente que sale.
AguaLiquida
50°F = 10°C
50 PSIA = 3.44MPa
Mezcla de Salida
AguaVaporSaturado
50 psia = 3.44 MPa
ESTADO
TEMPERATURA
PRESION
h
CALIDAD
H2OLIQUIDA
10°C
3.44 MPa
42.01
-
H2OVAPORSATURADO
137.578
3.44 MPa
2731.1
1
MEZCLA
136.88
3.44 MPa
1386.55
0.3794
Hh2o(liquida) se obtiene de tablas con los datos de Temperatura y Presión.
Para el valor de la Temperatura de interpola entre las tablas de Vapor saturado a 3.0 bar y 5.0 bar obteniendo lo siguiente.
3.0 bar  133.55°C
3.44 bar  = 137.578°C
5.0 bar  151.86 °C
Para el valor de h en el Vapor Saturado también se interpola:
130°C  2174.2 kJ/kg
137.578  = 2731.1 kJ/kg
140°C  2144.7 kJ/kg
Se realiza el balance de energía de acuerdo a la 1era ley, y tomando en cuenta que el flujo másico entre el agua líquida y el vapor saturado es igual
establecemos la relación de 1kg/s de agua + 1kg/s de vapor saturado, dando un flujo másico de salida de 2kg/s.
BALANCE ENERGIA (1ERA LEY)
Entonces:

14. Despejando
, obtenemos:
Donde:
Para obtener la temperatura de salida se interpola ya que se conocen los datos de la
, quedando lo siguiente:
567.82 kJ/kg  135°C
1386.55 kJ/kg  =136.88 °C
2735.8 kJ/kg  140 °C
Para obtener la calidad se realiza lo siguiente:
Despejando la calidad (x)
Donde:
hx =1386.55 kJ/kg
hf =563.82 kJ/kg
hfg = 2735,8 – 567.82 = 2167.98
Sustituyendo en la formula.

15. 9.Considérese una regadera común donde se mezcla agua caliente a 140 °F con agua fría a 50 °F. si se desea suministrar una corriente de agua
estable a110 °F, determine la relación de flujo másico de agua caliente respecto a la fría. Supóngase que las pérdidas de calor en la cámara de
mezclado son despreciables y que la mezcla se efectúa a una presión de 20 psia
CONVERSIÓN DE UNIDADES
DESCARTANDO TENEMOS QUE:
Buscamos la relación

16. En tablas de líquido sub-enfriado encontramos el valor de las entalpías:
-Para la entalpía del agua fría:
T (°C)
10
h’ (kJ/Kg)
42
-Para la entalpía del agua
caliente:
T (°C)
60
h’ (kJ/Kg)
251.4
-Para la entalpía de la masa final:
T (°C)
43.33
h’ (kJ/Kg)
181.4
La relación entre las masas por lo tanto
es 2:1

17. 10. 1500 kg/h de un fuel que contiene un 88% de c y un 12 % en peso de H se quema en un horno dando un gas de chimenea que contiene 13.1% de
CO2, 3.7 % de O2 ,83.2 % de N2 en composición molar y base seca. El aire y el fuel oil entran al horno a 25ºC y el horno pierde por las paredes 4.5
X 106 kcal/h. Calcular:
A) Los kmol de gas de chimenea producidos.
B) Los kmol de agua de combustión en el gas de chimenea por cada 10 kmol de gas de chimenea seco
C) El exceso de aire empleado
D) La temperatura de los gases de chimenea.
DATOS: Calores específicos de los gases en Kcal/ kmolºC :
CO2 = 10.2; O2 = 7.3; N2 = 7.9 ; H2 O (g) = 8.3
Variación entálpica de la reacción: a 25 ºC: C + O2
CO2 + 94000 kcal/kmol
Hf (H2 O)(l) a 25 ºC = -68320 kcal/kmol
Calor latente de vaporización del H2 O a 25 ºC = 10600 kcal/kmol

18. 11.
El calor estándar de reacción a 25 ºC y 1 atm para la oxidación del amoníaco es:
4 NH 3 ( g ) 5 O2 ( g )
4 NO(g)
6 H 2O ( g ) :
o
HR
-904.6
kJ
mol
Se alimentan 100 mol/h de NH3 y 200 mol/h de O2 25 ºC a un reactor, en el cual se consume completamente el amoníaco. La corriente producto
emerge como un gas a 300 ºC. Calcular el calor transferido desde o hacia el reactor, suponiendo que la reacción ocurre aproximadamente a 1
atm.

19. Cuadro de entradas y salidas
COMPONENTE
NH3
O2
N2
NO
H2 O
Calcular entalpias:
kmol
100
200
752.38
ENTRADA
Kg
1700
6400
21,066.64
T °C
25
25
25
kmol
SALIDA
Kg
T °C
75
752.38
100
150
2,400
21,066.64
3,000
2,700
300
300
300
300

20. 12. Azufre líquido a 130 º C y oxígeno puro a 25 ºC se mezclan en una relación estequiométrica y se alimenta a un quemador, donde se lleva a cabo la
oxidación completa del azufre a SO2. El quemador está perfectamente aislado, la presión es una atmosfera y el sistema opera en estado
estacionario. ¿Cuál es la temperatura de la corriente que sale?
ΔHreacc.= - 296.8 KJ/gmol para la reacción S(s) + O2 (g)
ΔH fusión = 1.73 KJ/gmol para el S a 114 º C
Cp = 32 J/gmol º C para el S(l)
Cp = 23.2 J/gmol º C para el S(s)
Cp = 39.9 J/gmol º C para el SO2 (g)
Cp = 29.3 J/gmol º C para el O2 (g)
Despejando Ts:
SO2 (g) a 25 º C