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PROBLEMA 6. Se desean obtener 50 kg de agua a 38°C. Para ello se tiene un recipiente con agua a 90°C y otro con agua a 14°C. Determine las cantidades necesarias de agua caliente y fría. Resolución Base de cálculo: 50 kg en 3 El balance de materia M 1 + M 2 = 50 (1) Considerando que no hay pérdidas de calor a los alrededores, el balance de energía Σ(Energía de las corrientes entrantes) = Σ(Energía de las corrientes salientes) E 1 + E 2 = E 3 M 1 H 1 + M 2 H 2 = M 3 H 3 H 1 = cp agua (T 1 –T 0 ) = 1 (90 – 0) = 90 kcal/kg H 2 = cp agua (T 2 –T 0 ) = 1 (14 – 0) = 14 kcal/kg H 3 = cp agua (T 3 –T 0 ) = 1 (38 – 0) = 38 kcal/kg M 1 (90) + M 2 (14) = 50 (38) (2) Resolviendo (1) y (2): M 1 = 15.8 kg M 2 = 34.2 kg PROBLEMA 10. Se utiliza un evaporador de doble efecto para producir agua pura a partir de agua de mar que contiene 3.5%w de sales disueltas. El agua de mar entra al primer evaporador a 300 K a 5 000 kg/h, y el vapor saturado a una presión de 4 bar alimenta a un conjunto de tubos en el primer evaporador. El vapor se condensa a 4 bar, y el condensado se extrae a la temperatura de saturación que corresponde a esta presión. El calor liberado por el vapor que se condensa en los tubos ocasiona que el agua de la salmuera se evapore a una presión de 0.60 bar, constante en el evaporador. La salmuera a la salida del primer efecto tiene 5.5%w de sal. El vapor generado en el primer evaporador alimenta a un conjunto de tubos en el segundo evaporador. El condensado de los tubos y el vapor generado en el segundo evaporador a una presión de 0.20 bar constituyen el agua pura que se produce durante el proceso. Si, las disoluciones de salmuera en ambos evaporadores tienen las propiedades físicas del agua pura, y que éstos operan adiabáticamente. Calcule, la temperatura y la entalpía específica de cada flujo. La velocidad a la que debe entrar el vapor al primer evaporador, la velocidad de producción de agua pura y la concentración de sal de la disolución final de salmuera. Temperatura de referencia 273 K (0°C) Resolución Base de cálculo: 10 000kg/h en 1 De tablas de vapor T 2 = 416.75 K T 1 = 90°C M 1 = ? T 2 = 14°C M 2 = ? T 3 = 38°C M 3 = 50 kg 1 2 3
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H 2 O (v) H 2 O (v) P = 0.6 bar P = 0.2 bar H 2 O (V) Saturada P = 4 bar H 2 O (l) saturado P = 4 bar Salmuera 5.5% sal Agua de mar 5000 kg/h, 3.5% sal, T 1 =300 K 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Como únicamente condensa el vapor de calentamiento T 3 = 416.75 K A la presión de 0.6 bares del primer efecto, T 4 = 359.15 K, T 5 = 359.5 K Lo mismo sucede para el efecto II que se encuentra a 0.2 bares T 6 = 333.25 K, T 8 = 333.25 K A la salida del efecto II T 7 = 359.15 K Balance de sólidos en efecto I 5 000 0.035 = M 4 0.055 M 4 = 3 181.82 kg/h Balance total de materia en el mismo efecto 5 000 = 3 181.82 + M 5 M 5 = 1 818.18 kg/h Para obtener el flujo de vapor de calentamiento alimentado, es conveniente efectuar un balance de energía en el efecto I E 1 + E 2 = E 3 + E 4 + E 5 M 1 H 1 + M 2 H 2 = M 3 H 3 + M 4 H 4 + M 5 H 5 En donde M 2 = M 3 H 1 = cp (T 1 – T 0 ) = 112.34 kJ/kg H 2 = H L + λ 4 bares = 2 737.6 kJ/kg H 3 = cp (T 3 – T 0 ) = 604.7 kJ/kg H 4 = cp (T 4 – T 0 ) = 359.9 kJ/kg H 5 = H L + λ 0.6 bares = 2 653.6 kJ/kg Sustituyendo en el balance de energía
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5 000 112.34 + M 2 2 737.6 = M 2 604.7 + 3 181.82 359.9 + 1 818.18 2 653.6 M 2 = 2 535.59 kg/h
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  • Spring '18
  • Delia del Carmen Gamboa

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    Kiran Temple University Fox School of Business ‘17, Course Hero Intern

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    Jill Tulane University ‘16, Course Hero Intern

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