Problema de Balance de materia y energía

Benemérita Universidad Autónoma de Puebla

Facultad de Ingeniería Química
Colegio de Ingeniería Química

Balance de materia y energía
Tarea 8: Problema resuelto en clase


Alumna: Rosa Nayeli Miranda Valdovinos
Matrícula: 201512759
Dra. Esmeralda Vidal Robles




Fecha: 16 de febrero de 2017



Un material solido que contiene 15% de humedad se seca hasta reducirlo a 7% en peso por medio de una corriente de aire caliente mezclado con aire de recirculación del secado. El aire fresco de entrada tiene una humedad de 0.01 Kg de agua sobre Kg de aire seco, el aire de recirculación tiene una humedad de 0.1 Kg de agua sobre Kg de aire seco y el aire mezclado contiene 0.03 Kg de agua sobre Kg de aire seco. Para una alimentación de 100 Kg/h de material solido al secador, calcule los Kg/h de aire seco de aire nuevo, los Kg/h de aire seco del aire de recirculación y los Kg/h del producto seco.
Diagrama de flujo:

W=Fracciones libres de soluto
wA+wB=1
W=wAwB=KgAKgKgBKg=KgAKgB
WA1-wA=wA
wA1+WA=WA
wA=WA1+WA
Para el Aire nuevo:
WH2O=0.01KgH2OKgAS
wH2O=0.011+0.01=9.90×10-3
Para el aire mezclado:
WH2O=0.03KgH2OKgAS
wH2O=0.031+0.03=0.029
Para la recirculación:
WH2O=0.1KgH2OKgAS
wH2O=0.11+0.1=0.0909
Diagrama de flujo actualizado:



Tabla de Grados de Libertad:

M
S
D
P
G
NTVCI
6
8
6
14
8
NTEBI
-2
-3
-2
-7
-3
NTVCIE
-3
-4(-1)
-1
-6
-4(-1)
R. A.
0
0
0
0
0
Restricciones
0
0
-1
-1
0
G. L.
+1
0
0
0
0

Del secador:
Balance general por componente para el sólido:
WsM2=WsM4
0.85100=0.93M4
M4=850.93=91.3978
Balance general para el secador:
M3+M2=M4+M5
M3+100=91.3978+M5
M5-M3=8.6022
Balance por componente para el agua:
WH2O M3+WH2O M2= WH2O M4+WH2O M5
0.029M3+0.15100=0.07(91.3978)+0.0909M5
0.029M3+15=6.3978+0.0909M5
0.0909M5-0.029M3=15-6.3978
0.0909M5-0.029M3=8.6022
Sistema de ecuaciones:
M5-M3=8.6022
0.0909M5-0.029M3=8.6022
Multiplicando la primera ecuación por (-0.0909) y resolviendo por suma y resta:
-0.0909M5+0.0909M3=-0.7819
0.0909M5-0.029M3=8.6022
0.0619M3=7.8203
M3=126.3376
Sustituyendo el resultado en la ecuación:
M5-M3=8.6022
Tenemos que:
M5-126.3376=8.6022
M5=134.9398
Balance general global:
M1+M2=M4+M7
M1+100=91.3978+M7
M7-M1=8.6022
Balance por componente para aire seco:
WAS M1=WAS M7
0.9901M1=0.9091M7
Sistema de ecuaciones:
M7-M1=8.6022
-0.9091M7+0.9901M1=0
Al multiplicar la primera ecuación por 0.9091 y resolver por suma y resta se obtiene:
0.9091M7-0.9091M1=7.8202
-0.9091M7+0.9901M1=0
0.081M1=7.8202
M1=7.82020.081=96.5456
Al sustituir el resultado en la primera ecuación:
M7-M1=8.6022
M7-95.5456=8.6022
M7=104.1478
Balance general para el mezclador:
M1+M6=M3
96.5456+M6=126.3376
M6=29.792
El diagrama actualizado es: