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    BBME U2 Evidencia

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    ana belen ojeda
    Este documento presenta la resolución de ejercicios sobre balances de energía sin y con reacción química. En el primer ejercicio, se calienta oxígeno en un tanque hermético y se determina la transferencia de calor requerida usando el balance de energía. En el segundo ejercicio, se lleva a cabo una reacción química en un reactor y se calcula la transferencia de energía del proceso mediante el balance de energía con reacción química.

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    ana belen ojeda
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    Este documento presenta la resolución de ejercicios sobre balances de energía sin y con reacción química. En el primer ejercicio, se calienta oxígeno en un tanque hermético y se determina la transferencia de calor requerida usando el balance de energía. En el segundo ejercicio, se lleva a cabo una reacción química en un reactor y se calcula la transferencia de energía del proceso mediante el balance de energía con reacción química.

    Descripción original:

    evidencia de aprendizaje de balance de materia y energía

    Título original

    BBME_U2_Evidencia

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    Este documento presenta la resolución de ejercicios sobre balances de energía sin y con reacción química. En el primer ejercicio, se calienta oxígeno en un tanque hermético y se determina la transferencia de calor requerida usando el balance de energía. En el segundo ejercicio, se lleva a cabo una reacción química en un reactor y se calcula la transferencia de energía del proceso mediante el balance de energía con reacción química.

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    Este documento presenta la resolución de ejercicios sobre balances de energía sin y con reacción química. En el primer ejercicio, se calienta oxígeno en un tanque hermético y se determina la transferencia de calor requerida usando el balance de energía. En el segundo ejercicio, se lleva a cabo una reacción química en un reactor y se calcula la transferencia de energía del proceso mediante el balance de energía con reacción química.

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    Universidad Abierta y a Distancia de México

    Ingeniería en Biotecnología

    Materia: Balance de Materia y energía

    Grupo: BI-BBME-2201-B1-002

    Unidad: 2. Balances de energía.

    Evidencia de aprendizaje: “Balances de energía sin y con


    reacción química”.

    Alumno: Ana Belén Ojeda López

    Matricula: ES1822034430

    Fecha: 23/02/2022

    Asesor académico: Gema Morales Olán


    2.1 En un proceso industrial se calientan 50 moles de oxígeno (O2) de 30 ºC a 150 ºC en un
    tanque hermético. Contesta correctamente.

    a) ¿A qué tipo de balance de energía corresponde, abierto o cerrado, con reacción o sin
    reacción química?

    Se trata de un balance de energía en un sistema cerrado ya que no hay transferencia de calor


    ni cambio en la energía interna y es sin reacción química ya que lo único que ocurre es un
    aumento en la temperatura.

    b) Establece la ecuación de balance de energía para este proceso.

    (Ec final + Ec inicial) + (Ep final + Ep inicial) + (U final – U inicial) = Q+W


    c) Menciona las simplificaciones que realizaste a la ecuación de balance de energía y
    justifica brevemente.
    (U final – U inicial) = Q
    Ep = 0 ya que en el sistema no cambia su altura o posición.
    Ec= 0 ya que no hay velocidad de inicio y final.
    W= 0 ya que no se modifican las fronteras del sistema.

    d) Realiza el balance de energía y determina la transferencia de calor que se requiere, si


    el gas se encuentra a volumen constante. Anota las fórmulas y cálculos que hiciste
    para resolverlo.
    ∆𝑼 = 𝒎 𝒄 ∆𝑻
    m = 1.6kg de O2
    T1 = 303.15°K
    T2 = 423.15°K
    c = 0.6582 kJ/kg K
    ∆𝑈 = (1.6𝑘𝑔) (0.6582 kJ/kg K) (120 K)
    ∆𝑈 = 126.37 𝑘𝐽
    ∆𝑈 = 𝑄
    2.2 En un reactor se hace reaccionar 8 moles/s de CO a 100 ºC con 3 moles/s de O 2 a 25ºC
    para obtener CO2. Del reactor sale una mezcla de gases: 2 moles de CO2/s, 6 moles de CO/s
    y 2 moles de O2/s a 200°C.

    La reacción que se lleva a cabo en el reactor es la siguiente:


    CO(g) + 1/2 O2(g) →CO2(g)
    Contesta correctamente:
    a) Realiza el diagrama de flujo de proceso.

    b) Coloca en el diagrama las variables del proceso que se proporcionan en el enunciado.

    c) ¿De qué tipo de sistema se trata?


    Es un sistema abierto porque comparte o intercambia materia y energía con su entorno

    d) ¿Es un proceso físico o químico?


    Es un proceso químico porque ocurre una reacción dentro del sistema en la cual se
    transforma uno o varios materiales en otro u otros distintos con características diferentes a los
    iniciales.
    e) Coloca la ecuación general del balance de energía y su simplificación.
    (Ec final + Ec inicial) + (Ep final + Ep inicial) + (H final – H inicial) = Q+W
    (H final – H inicial) = Q
    Ep = 0 ya que en el sistema no cambia su altura o posición.
    Ec= 0 ya que no hay velocidad de inicio y final.
    W= 0 ya que no se modifican las fronteras del sistema.

    f) Calcula la transferencia de energía del proceso. Muestra todos los cálculos realizados y las
    unidades correctas.
    (H final – H inicial) = Q
    ∆𝑯 = 𝑸

    𝑸 = ∆𝑯 = 𝝃𝚫𝑯°𝒓 + ∑ 𝒏𝒊 Ĥ𝒊 𝒔𝒂𝒍𝒊𝒅𝒂 − ∑ 𝒏𝒊 Ĥ𝒊 𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂𝒅𝒂


    1
    𝑛𝑖𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 𝑛𝑖𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 6𝑚𝑜𝑙/𝑠 − 8𝑚𝑜𝑙/𝑠
    𝝃=| |=| |
    𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑒𝑠𝑡𝑒𝑞𝑢𝑖𝑜𝑚é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜 −1
    𝝃 CO= 2 moles/s

    2
    Δ𝐻𝑟° =-283.1kJ/mol

    3
    𝑇𝑖
    Ĥ𝑖 = ∫ 𝐶𝑝𝑑𝑇
    𝑇𝑓

    𝑇𝑖 𝑏 𝑐
    Ĥ𝑖 =∫𝑇𝑓 𝑎(𝑇𝑓 − 𝑇𝑖 ) + (𝑇𝑓2 − 𝑇𝑖2 )+ (𝑇𝑓3 − 𝑇𝑖3 ) + (𝑇𝑓4 − 𝑇𝑖4 )
    2 3

    Entrada
    Especie
    a b c d Ti Tf
    química
    CO(g)entrada 28.95x10-3 0.4110x10-5 0.3548x10-8 -2.220x10-12 25°C 100°C
    O2(g)entrada 29.10x10-3 1.158x10-5 -0.6076x10-8 1.311x10-12 25°C 25°C
    CO2(g)salida 36.11x10-3 4.233x10-5 -2.887x10-8 7.464x10-12 25°C 200°C
    CO(g)salida 28.95x10-3 0.4110x10-5 0.3548x10-8 -2.220x10-12 25°C 200°C
    O2(g)salida 29.10x10-3 1.158x10-5 -0.6076x10-8 1.311x10-12 25°C 200°C
    Cálculos
    a b c d Cp.
    CO(g)entrada 2.17125 0.19842 0.00116 -0.00005528 2.371
    O2(g)entrada 0 0 0 0 0
    CO2(g)salida 6.31925 0.83337 0.07683 0.003057 7.232
    CO(g)salida 5.06625 0.08091 0.00944 -0.00088 5.15572
    O2(g)salida 5.0925 0.45596 -0.01617 0.00052 5.53281

    Especies Entrada Salida


    ni (mol/s H (kJ/mol ni (mol/s H (kJ/mol
    CO 8 2.371 6 5.155
    O2 3 0 2 5.532
    CO2 0 0 2 7.232

    𝑸 = ∆𝑯 = 𝝃𝚫𝑯°𝒓 + ∑ 𝒏𝒊 Ĥ𝒊 𝒔𝒂𝒍𝒊𝒅𝒂 − ∑ 𝒏𝒊 Ĥ𝒊 𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂𝒅𝒂

    𝝃 CO= 2 moles/s
    Δ𝐻𝑟° =-283.1kJ/mol
    Q=∆𝐻=(2moles/s) (-283.1kJ/mol)+(6moles/s*5.15kJ/mol)+(2moles/s*5.53kJ/mol)+(2moles/s*7.23kJ/mol) -
    (8moles/s*2.37kJ/mol)+(3moles/s*0.00kJ/mol)

    Q=∆H=-566.2+30.9+11.06+14.46-18.96+0
    Q=∆H=-566.2+56.42-18.96

    Q=∆H=-528.74 kJ/mol
    Referencias:
    Morales, G. (2022, 17 febrero). BBME_Videocápsula_6_Balance de energía con reacción química parte A. stream.
    Recuperado 20 de febrero de 2022, de https://web.microsoftstream.com/video/23919a2c-96ce-4a28-be83-
    bc4b1e4e8230
    Morales, G. (2022b, febrero 17). BBME_Videocápsula_6_Balance de energía con reacción química parte B.
    Stream. Recuperado 20 de febrero de 2022, de https://web.microsoftstream.com/video/44cb2d22-5c84-4010-bf0c-
    99037f1f4dfc
    Morales, G. (2022c, febrero 18). BBME_Videocápsula_7_Entalpía de reacción. Stream. Recuperado 21 de febrero
    de 2022, de https://web.microsoftstream.com/video/80fd004b-5ceb-4394-b14f-990e68625d95
    Felder, R. M., & Rousseau, R. W. (2004). Principios elementales de los procesos químicos (3.a ed., Vol. 1).
    Limusa.
    D.C.S.B.A. (2022b, febrero). Balance de materia y energía. UnADM. Recuperado 20 de febrero de 2022, de
    https://campus.unadmexico.mx/contenidos/DCSBA/BLOQUE1/BI/04/BBME/unidad_02/descargables/BBME_U2_C
    ontenido.pdf

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