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Universidad Católica del Norte Facultad de Ingeniería Departamento de Ingeniería Química TERMODINAMICA APLICADA IQ 531 GUIA Nº4 Profesora: Jaime Morales Ayudante: Daniela Zuleta 1. El proceso que se muestra en la Fig. 1 opera con 4 componentes (A, B, C y D). Determinar a) El número de variables del proceso e identificarlas. b) El número de ecuaciones, el número de ecuaciones linealmente independiente que es posible plantear para el proceso y el número de datos que es necesario conocer para resolver el balance de materia. c) Escribir las ecuaciones de balance de materia del proceso eligiendo un envolvente por cada unidad de proceso. d) Escribir las ecuaciones de balance de materia del proceso eligiendo un envolvente global y todas las combinaciones posibles de 2 unidades de proceso. Respuestas: a) NV = 40; b) NEC = 23; NECLI = 20; NGL = 20

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EVAPORADOR 1

CRISTALIZADOR 3

SECADOR 8

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Fig. 1

2. En el diagrama de flujos de la Fig. 2 se procesa una solución de sal (A) en agua (B). La solución de entrada al evaporador tiene un 5 % de sal, se concentra por evaporación de agua y la solución de salida del evaporador tiene un 30% de sal. En el cristalizador se baja la temperatura y se obtienen cristales de sal con un 5% de agua (Corriente 4) y una solución saturada con un 20% de sal (Corriente 5). La producción de cristales húmedos del cristalizador es 1000 kg/s (Corriente 4). Determinar: a) Los flujos F’1, F’2, F’3 y F’5 (kg/s). b) El flujo de sal en las corrientes 4 y 5. Respuestas: a) F’1 = 45000 kg/s, F’2 = 37500 kg/s, F’3 = 7500 kg/s, F’5 = 6500 kg/s; b) F’4,A = 950 kg/s, F’5,A = 1300 kg/s

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EVAPORADOR 1

CRISTALIZADOR 5

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Fig. 2

3. Un proceso de secado consta de dos calentadores, dos secadores adiabáticos y un mezclador adiabático según se muestra en la Fig. 2. A la corriente 1 se alimentan 10 kg/s de aire atmosférico a 20º C con una humedad relativa del 60%. El aire sale del calentador a 45º C y pasa al primer secador del cual sale saturado (corriente 4). A continuación pasa al segundo calentador del cual sale con una temperatura de 62 ºC. Este aire es alimentado a un mezclador donde se combina con un flujo de aire de 5,0 kg/s (corriente 6) que está a 45 ºC y con una humedad relativa de 40%. El flujo de aire que sale del mezclador (corriente 7) se ingresa al segundo secador, saliendo del proceso con humedad absoluta de 0,029 kg de agua/kg de aire (corriente 10). El sólido a secar ingresa con una humedad de 12% al segundo secador (corriente 8) y luego pasa al primer secador saliendo con una humedad final de 3% (corriente 3). Determinar: a) b) c) d)

Los flujos F’3, F’8 y F’10 en kg/s La humedad absoluta Y’7 en kg agua/kg aire Las temperaturas T7 y T10 en °C El flujo F’9 en kg/s y la composición x’9,A en %.

(A = Agua, B = Aire, C = Sólidos) Respuestas: F’3 = 1,99 kg/s, F’8 = 2,19 kg/s, T7 = 56,4 °C, Y’7 = 0,0206 kg agua/kg de aire

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CALENTADOR 1

SECADOR 2

CALENTADOR 4

5

9 SECADOR 10

MEZCLADOR 7

8

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Fig. 3

4. En el proceso que se muestra en la fig.4, un flujo de 80 kg/s de una solución a 80 °C que contiene NaCl (A), KCl (B), H2O (C) es alimentada a la corriente 1. La solución contiene un 10% de NaCl y un 5% de KCl. El evaporador elimina el 90% del agua presente en la alimentación en una evaporación a temperatura constante. La corriente 5 es una solución saturada en ambos compuestos sólidos con una concentración de 17,59% de NaCl y 19,03% de KCl. La corriente 4 es una mezcla de sólidos que no contiene agua. Determinar

a) Los flujos F’2, F’3, F’4 y F’5 en kg/s b) Las composiciones de la corrientes 3 y 4 en % Respuestas: F’2 = 61,2 kg/s, F’4 = 8,07 kg/s, F’5 = 10,73 kg/s, x’4,A = 75,7%

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EVAPORADOR 1

CRISTALIZADOR 3

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4 Fig. 4