Tarea 1 - Operaciones Unitarias PDF

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TAREA 1Trabajo que forma parte del curso de “Operaciones Unitarias y ProcesosIndustriales” presentado por los alumnos:Dante Fernando Rafael Guevara U181 01538Emmanuel Martin Gutiérrez Guerra 1311460Etel Huadalupe Chinchay Gallardo UManuel Alfredo La Portilla Vargas UDocente: SOL ANGEL ALFREDO RODRIG...

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TAREA 1

Trabajo que forma parte del curso de “Operaciones Unitarias y Procesos Industriales” presentado por los alumnos:

Dante Fernando Rafael Guevara

U18101538

Emmanuel Martin Gutiérrez Guerra

1311460

Etel Huadalupe Chinchay Gallardo

U19216793

Manuel Alfredo La Portilla Vargas

U17205469

Docente: SOL ANGEL ALFREDO RODRIGUEZ CARRILLO

Julio 4, 2020

SECCION 1

El siguiente es el diagrama de proceso del lavado de camisas del Servicio “Burbujas”. Las camisas se remojan en una tina con agitación que contiene detergente Whizzo (Wh), y después se exprimen y se envían a la fase de enjuague. El detergente sucio se envía a un filtro que retira la mayor parte de la mugre y, una vez limpio, se recircula para unirlo a una corriente de Whizzo puro, y la corriente combinada sirve como alimentación para la tina de lavado. 100 Lbm m4 (Lbm; Suciedad)

2Lbm 98 Lb camisas limpias

m2 (Lb Whizzo)

98 Lbm camisas limpias 3 Lbm Whizzo

m3 Lbm

0.13 Lbm Suciedad / Lbm 0.87 Lbm Whizzo / Lbm

0.92 Lb Suciedad / Lbm 0.08 Lb Whizzo / Lbm

m6 (Lmb) 1-x (Lbm suciedad / Lbm) X (Lbm Whizzo / Lbm)

Estrategia:  

95% Eliminación de suciedad m2 = 5% suciedad que ingresa. Se utilizara un balance de 2 caminos limpios m2 ; m5

Datos: - Cada 100 lb de camisas sucias contienen 2 lb de suciedad. - El lavado elimina 95% de la mugre (en peso) en las camisas sucias. - Por cada 100 lb de camisas sucias, salen 25 lb de Whizzo con las camisas limpias y se devuelven 22 lb a la tina por el proceso de exprimido. - El detergente que entra a la tina contiene 97% de Whizzo y el que entra al filtro contiene 87%. La mugre húmeda que sale del filtro contiene 8% de Whizzo. a) ¿Qué cantidad de Whizzo puro debe proporcionarse por cada 100 lb de camisas sucias?  Eliminación de suciedad

m1 = (0.05) (2.0) m1 = 0.10 Lbm suciedad

 Balance General de suciedad 2.0 = 0.10 + (0.92) ms ms = 2.065 Lbm suciedad  Balance General de Whizzo m2 = (3 + (0.08) (2.065)) Lbm Whizzo m2 = 3.17 Lbm Whizzo

b) ¿Cuál es la composición de la corriente de recirculación?

 Balance suciedad en la turbina 2 + 0.03m3 = 0.10 + 0.13 m4 ……………… (1)  Balance turbina Whizzo 0,97 m3 = 3 + 0.87 m4

…………………... (2)

Resolviendo 2 en 1 m3 = 20.4 Lbm

m4 = 19.3 Lbm

Balance de Masas 3.17 + m6 = 20.4 Lbm m6 = 20.4 – 3.17 m6 = 17.23 Lbm

SECCION 2

Un gas contiene 80% por peso de propano, 15% por peso de n-butano y el resto es vapor de agua. a) Calcule la composición molar de este gas en base húmeda y en base seca (sin considerar la presencia de agua), así como la relación “mol H2O/mol gas seco”.

b) Si se van a quemar 100 kg/h de este combustible con 30% de aire en exceso, ¿qué velocidad de alimentación de aire se requiere (k mol/h)? ¿Cómo cambiaría su respuesta si la combustión solo se completara en un 75% (rendimiento)?

Solución: NOTA:

Ƞ = # de moles a) Base de cálculo para 100 Kg de gas. W propano = 80

Ƞ Propano = 80/44 = 1.818

W n-butano = 15

Ƞ n-butano = 15/88 = 0.259

W agua =5

Ƞ agua = 5/18 = 0.278

→ Ƞ seco = Ƞ propano + Ƞ n-butano Ƞ Seco = 1.818 + 0.259 Ƞ Seco = 2.077 → Ƞ húmedo = Ƞ propano + Ƞ n-butano + Ƞ agua Ƞ Húmedo = 1.818 + 0.259 + 0.278 Ƞ Húmedo = 2.355 BASE HUMEDA X propano = Ƞ propano / Ƞ húmedo= 1.1818 / 2.355 = 0.772 X n-butano = Ƞ n-butano / Ƞ húmedo= 0.259 / 2.355 = 0.11 X agua = Ƞ agua / Ƞ húmedo= 0.278 / 2.355 = 0.118 BASE SECA X propano = Ƞ propano / Ƞ seco= 1.1818 / 2.077 = 0.8753 X n-butano = Ƞ n-butano / Ƞ seco= 0.259 / 2.077 = 0.1297 → Relación mol H2O / mol gas seco Ƞ H2O / Ƞ Seco = 0.278 / 2.077 = 0.1338

b) Calculo 100 Kg de gas combustible. Calculo de moles de oxigeno requerido. → C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4 H2O → C4H10 + 13/2O2 → 4CO2 + 5 H2O

Para el propano: Ƞ O-propano = 1.818 x 5 = 9.09

Para el butano: Ƞ O-butano = 0.259 x 13/2 = 1.684 → Ƞ O-Estequiométrico = 9.09 + 1.684 Ƞ O-Estequiométrico = 10.774 

Calculo de aire estequiométrico Ƞ Aire estequiométrico = Ƞ O-Estequiométrico x (100/21) Ƞ Aire estequiométrico = 10.774 x (100/21) Ƞ Aire estequiométrico = 51.305

 Calculo del aire total al 30% de exceso Ƞ Aire total = aire estequiométrico x 1.3 Ƞ Aire total = 51.305 x 1.3 Ƞ Aire total = 66.696

Calcular 100 Kg de gas combustible, si solo reacciona el 75% Ƞ Propano = 80/44 x 0.75 = 1.364 Ƞ n-butano = 15/55 x 0.75 = 0.194 Para el propano: Ƞ O-propano = 1.364 x 5 = 6.82

Para el butano: Ƞ O-butano = 0.194 x 13/2 = 1.261 → Ƞ O-Estequiométrico = 6.82 + 1.261 Ƞ O-Estequiométrico = 8.081  Calculo de aire estequiométrico Ƞ Aire estequiométrico = Ƞ O-Estequiométrico x (100/21) Ƞ Aire estequiométrico = 8.081 x (100/21) Ƞ Aire estequiométrico = 38.481

SECCION 3

Un ciclo Rankine ideal simple que usa agua como fluido de trabajo. El condensador opera a 40°C y su caldera a 300°C. Calcule el trabajo que produce la turbina, el calor que se suministra en la caldera y la eficiencia térmica de este ciclo cuando el vapor entra a la turbina sin ningún tipo de sobrecalentamiento. (Presión del condensador y de la caldera es 0.1MPa).

Punto 1 L.S P1 = PSAR @40°C= 7.3851 KPa h1 = hf 40°c =167.57 kj/kg v1 = Vf 40°c = 0.001008 m3/kg s1 = Sf 40 °c = 0.5724 kj/kg

Punto 2 P2= P sat@300°c = 8587.9 kPa. S1= S2 H2=? V1 = v2

Wbomba = v1 (P2-P1) Wbomba = 0.001008 (8587.9 - 7.3851) Wbomba = 8.6492 kj/kg

h2 = h1 + Wbomba h2 = 167.57 + 8.6492 h2 = 176.2192 kj/kg

Punto 3 V.S P= 0.1 MPa T = 300° c

h3 = 3074.5 kj/kg S3 = 8.2172 kj/kg V3 = 2.6389 m3/kg

Punto 4 L + V P= 0.1 MPa

Sf 1.3028 X

=

100KPa

| 100 KPa | Sg | | 7.3589 | |1–X

h4 = ? S4 = s3 = 8.2172 kj/kg 1.3028 X + (1 -X) 7.3589 = 8.2172 X=0.1417 (1-X) = 0.8583

 ENTALPIA

Hf | 100 KPa | 417.51 | |

Hg 2675.0

h4 = Hf (x) + Hg (1 – x) h4 = 417.51 (0.1417) + 2675.0 (0.8583). h4 = 2355.11 kj/kg

Balance en el Caldero Qent

H2 + Qent= h3 Qent = h3 – h2 Qent = 3074 .5 – 176.2192 Qent =2895.2808 kj/ kg

Balance en la turbina

h3 = Wt + h4 wT = h3 – h4 wT= 3074.5 – 2355.11 wT = 719.39 kj/kg

Balance del condensador

h4 = h1 + Qcond Qcond =h4 – h1 Qcond= 2355.11 – 167.57 Qcond = 2187.54 kj/kg

Calor del ciclo

N ter = 1 – Q sal / Qent Nter = 1 – 2187.54/2895.2808 Nter =0.245 24.5% eficiencia...