Tarea 1 BME 2PAO2020

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UNIVERSIDAD REGIONAL AMAZÓNICA 
IKIAM 
Balance de Masa y Energía 
 
Grupo 
Numero 01 
 
Deber núm. : 1-BME_G01 Profesora Zulay M. Niño R 
Fecha envío : _01_/_02_/_2021 Fecha entrega : _07_/_02_/_2021_ 
Ejercicios sobre Unidad 1 Valor total: 10 puntos 
Nombre: Firma aceptación nota: 
Instrucciones: Resuelva de manera individual los problemas asignados, indique las suposiciones que 
realice en donde sea necesario 
Se agradece orden y letra legible 
 
1) 5000 barriles(bbl) de un aceite de 28 ºAPI se mezclan con 20000 barriles de un aceite 
combustible de 15 ºAPI. ¿Cuáles son los ºAPI de la mezcla? Asuma que 1 bbl = 42 gal y que 
la solución es ideal, por tanto, los volúmenes son aditivos. (1,0 puntos) 
 
 
2) Un manómetro conectado a una línea en la cual se realiza vacío registra 3 pulg Hg. Si el 
barómetro registra 740 mm Hg. ¿Cuál será la presión absoluta en psia? (0,25 puntos) 
 
 
3) Determine la presión (en N/m2) que ejercería un cubo de 2 m de lado, de hierro forjado, 
cuya densidad es de 7,03 g/cm3, en contacto con una superficie plana. 
¿A cuántos metros de columna de mercurio equivale? (0,5 puntos) 
 
4) Convertir: 
a) Cp = (10,14 + 1,4510-2T)
Cº g
cal

 con T(ºC) en 
Fº lb
Btu

 con T(ºF) (0,5 puntos) 
b) 2,1 
Fº lb
Btu
en 
Cº g
J
 (0,25 puntos) 
 
5) Cada año se fabrican alrededor de 45 millones de toneladas de ácido sulfúrico (H2SO4), cantidad 
que sobrepasa la lista de todos los compuestos químicos producidos. 
Calcule 
a) Las ton-mol de ácido sulfúrico producido por año. (0,125 puntos) 
b) Los gramos de ácido sulfúrico producidos por año. (0,125 puntos) 
c) Las libras de ácido sulfúrico por persona en el mundo, suponiendo que la población mundial 
sea de 6 000 millones. (0,125 puntos) 
d) ¿Cuál es el valor en dólares del mercado mundial si el ácido sulfúrico se vende a alrededor 
de $75/ton? (0,125 puntos) 
 
 
6) En Alemania, el consumo de combustible de automóvil se legisla para ser de 5.97 L por 100 km. 
En Estados Unidos, el gobierno requiere que la flota automovilística promedie 27.5 millas por galón. 
Si el estadounidense promedio conduce 20 millas diarias, ¿cuál será el ahorro en uso de gasolina 
(galones por año por chofer) que se lograría si Estados Unidos cambiara a la norma alemana? (0,5 
puntos) 
 
 
7) a) 1 g de hidrógeno (H2) es mezclado con 1 g de benceno (C6H6) y 1 g de ciclohexano (C6H12). 
Toda la mezcla es gaseosa. ¿Cuál es la fracción en masa y la fracción molar de hidrógeno, benceno y 
ciclohexano en la mezcla? (0,5 puntos) 
b) 1 gmol de hidrógeno (H2) se mezcla con 1 gmol de benceno (C6H6) y 1 gmol de ciclohexano 
(C6H12). Toda la mezcla es gaseosa. ¿Cuál es la fracción molar y la fracción en masa de hidrógeno, 
benceno y ciclohexano en la mezcla? (0,5 puntos) 
 
 
8) Si el aire contiene un 79 %mol de N2 y un 21 %mol de O2, ¿cuál es la masa (en gramos) de 1 gmol 
de aire? ¿Cuál es el porcentaje en peso de N2 y O2 en el aire? (0,5 puntos) 
N2 % xi =
ni
nt
× 100 → 
79% mol 
100
= 0.79 
 
O2 % xi =
ni
nt
× 100 → 
21% mol 
100
= 0.21 
 
0.79 gmol N2 × 
28 g N2 
1 gmol N2
= 22.12 g N2 
 
0.21 gmol O2 × 
32 g O2 
1 gmol O2
= 6.72 g O2 
 
mtotal= mN2 + mO2 = 22.12 g + 6.72 g = 28.84 g O2 
 
N2 % Xi =
mi
mt
× 100 = 
22.12 g N2 
28.84 g
× 100 = 85.60% N2 
 
O2 % Xi =
mi
mt
× 100 = 
6.72 g O2 
28.84 g
× 100 = 23.30% O2 
 
 
9) Un reactor químico opera a una presión (absoluta) de 10 atm y 250C. Determine la presión y la 
temperatura de este reactor en las unidades siguientes: kPa y K, psig y F, bar y R. (0,75 puntos) 
10 atm → kPa = 10 atm × 
101325 Pa
1 atm
 × 
1 kPa
1000 Pa
= 1013.25 kPa 
 
250℃ → K = 250℃ + 273.15 = 523.15K 
 
10 atm → psig = 10 atm × 
14.6959 psig
1 atm
= 146.96 psig 
 
250℃ → ℉ = [(
180℉
100℃
) × 250℃] + 32℉ = 482℉ 
 
10 atm → bar = 10 atm × 
1.01325 bar
1 atm
= 10.13 bar 
 
250℃ → °R = [(
180°R
100℃
) × 250℃] + 491.67°R = 941.67°R 
 
 
10) El dióxido de titanio (TiO2) se usa ampliamente en la pintura, pero un nuevo uso para este 
compuesto químico es en las labores domésticas: ventanas que usted no necesita lavar. El vidrio 
cubierto con TiO2 permanece limpio de dos maneras: 
(1) el TiO2 trabaja como un catalizador en presencia de luz ultravioleta para hacer reaccionar el polvo 
orgánico y la mugre con CO2 y agua, y (2) el TiO2 reduce la tensión superficial del vidrio y causa que 
el agua de lluvia forme una capa sobre la superficie y arrastre la suciedad. Para fabricar este vidrio, 
se coloca una capa de TiO2 de 50 a 60 nm de espesor sobre el vidrio mientras todavía está en su estado 
fundido. ¿Cuántos gramos de TiO2 necesitaría usted para una ventana de 6 x 4 pie? La densidad del 
dióxido de titanio es de 3.84 g/cm3. (0,5 puntos) 
 
11) Trace un diagrama de flujo de bloques para la producción de leche, desde la pastura. Asegúrese 
de incluir todas las materias primas y los subproductos en su diagrama. Indique mezcladores, 
divisores, reactores y separadores según lo necesite. No es necesario incluir alguna información 
cuantitativa. (1 punto) 
 
12) El benceno es un intermediario químico importante. Puede fabricarse a partir del tolueno 
(CH3C6H5) mediante un proceso conocido como hidrodealquilación. En este proceso, el tolueno se 
mezcla con hidrógeno junto con gases reciclados provenientes de un separador de fase gas-líquido de 
alta presión. Laorriente se calienta a 600_C en un horno. La corriente caliente se alimenta a un reactor, 
donde un 75% del tolueno se convierte a benceno. El efluente del reactor, a 654C y 24 bars, se enfría 
a 38C y se envía a un separador donde es separado en corrientes de vapor y líquido. La corriente 
líquida, que contiene benceno y tolueno principalmente pero también un 0.014 %mol de hidrógeno y 
un 0.062 %mol de metano, se separa posteriormente en componentes por destilación. 
El 99.6 %mol del benceno de la columna de destilación se enfría posteriormente y se envía a 
almacenamiento fuera de la planta. El tolueno de la columna de destilación se recicla hacia la 
alimentación del reactor. Aproximadamente un 80% de la corriente de fase gaseosa del separador de 
alta presión se vuelve a comprimir; la mayor parte se recicla para mezclarse con el tolueno fresco y 
la alimentación del hidrógeno, pero se envía casi un 5% directo al reactor. El gas restante del 
separador de alta presión, más los gases recuperados del separador de baja presión y de la columna 
de destilación del tambor de reflujo, se envían fuera de la planta como gas combustible. El proceso 
produce 8.21 ton/h de benceno. (Adaptado de R. Turton et al., Analysis, Synthesis and Design of 
Chemical Processes, Prentice-Hall, 1998.) 
Con base en esta descripción, trace un diagrama de flujo de bloques (1 punto) e identifique: 
a) Una base de cálculo (0,25 puntos) 
b) Tres especificaciones de composición de corriente (0,25 puntos) 
c) Tres especificaciones de desempeño del sistema (0,25 puntos) 
 
13) En el proceso de Siemens para fabricar el silicio de calidad electrónica de alta pureza, el polvo de 
silicio de calidad metalúrgica, Si, primero se convierte en tetraclorosilano y triclorosilano, los cuales 
después se purifican. El triclorosilano es reducido con hidrógeno a Si. La reacción de reducción ocurre 
en una barra de silicio sólida; así, la barra de silicio crece dentro de la cámara de reacción del silicio. 
A continuación, se muestra un diagrama de flujo de bloques simplificado de un proceso de Siemens 
representativo. Redacte un párrafo que describa las características del proceso. En su descripción, 
identifique específicamente el propósito de cada unidad de proceso, y describa con cuidado cómo 
fluyen los materiales entre las unidades(1 punto) 
El benceno es un intermediario químico importante por lo que se puede fabricarse a partir del 
tolueno (CH3C6H5) mediante el proceso conocido como hidrodealquilación. En este proceso, el 
tolueno se mezcla con hidrógeno junto con gases reciclados provenientes de un separador de fase 
gas-líquido de alta presión donde la corriente se calienta a 600 C en un horno. La corriente caliente 
se alimenta a un reactor, donde un 75% del tolueno se convierte a benceno. El efluente del reactor, 
a 654C y 24 bars, se enfría a 38C y se envía a un separador donde es separado en corrientes de 
vapor y líquido. La corriente líquida, que contiene benceno y tolueno principalmente pero también 
un 0.014 % mol de hidrógeno y un 0.062 % mol de metano, se separa posteriormente en 
componentes por destilación.