Examen 1 - Balance de masa y transporte de fluidos

CITA 6615
9 de marzo de 2006
Examen I: Balance de masa y Transporte de Fluidos
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Instrucciones: Resuelva los todos los ejercicios. Demuestre todo su trabajo y preséntelo
de forma organizada. Puede usar libros de referencia y las notas de la libreta de clase
para llegar a la solución. Consultar con sus compañeros u otros profesores no está
permitido. Sólo puede consultar con el instructor del curso.
1. Un alimento con 80% de humedad se seca para preservarlo. El contenido de
humedad final del producto es 25%. ¿Cuánta agua se removió por unidad de producto
terminado?
2. Un proceso de osmosis invertida (reverse osmosis) concentra un líquido de 10 a 20%
de sólidos totales mediante la remoción de agua. Si el líquido entra a razón de 100
lb/h, ¿cuánto producto concentrado sale por hora?
3. Las especificaciones de calidad de la sangría Retumba requieren que tenga que el lote
de 50 lb contenga 16.5% de alcohol y 0.6% de azúcar. Un operador descuidado
preparó la mezcla incorrectamente. La mezcla defectuosa contiene 18% de alcohol y
0.2% de azúcar. Se propone el preparar otro lote defectuoso para mezclarlo con el
primero y arreglar el asunto. Determine la formulación que debe tener el segundo
lote.
4. Calcular la cantidad de aire seco que se debe introducir en una secadora que procesa
100kg/h de leche de soya. La leche entra con 92% de humedad y sale con 5%. El
aire utilizado contiene inicialmente 0.002 kg agua/kg aire seco. Luego del proceso, el
aire sale con 0.2 kg agua/kg aire seco.
5. Los siguientes datos se tomaron con un viscosímetro rotacional con el método “wide
gap”. La constante del viscosímetro es de 5000 dinas/cm. El cilindro de prueba tiene
1 cm de diámetro y 6 cm de largo. Utiliza una hoja de datos electrónica (Excel) para
determinar lo siguiente. OJO: Recuerde cambiar a las unidades correctas.
a. Prepare la gráfica log-log para hallar el índice de comportamiento de flujo (n)
b. Prepare una tabla que presente los valores de n, “shear stress” y “shear rate”
correspondientes a cada dato.
c. Prepare una gráfica log-log para hallar el índice de consistencia (k).
N (rpm)
% Full Scale
2
5
20
50
13
19
32
46
6. Un intercambiador de calor va a procesar 2 gal/min de jugo de limón. Determinar el
diámetro nominal de la tubería si se desea que la velocidad del fluido no sea mayor de
4 ft/min.
7. Hay leche fluyendo en una tubería de acero inoxidable (stainless steel) de 1 pulgada
de diámetro a razón de 0.459 m/s. Si la densidad y viscosidad del fluido son 1032
kg/m3 y 1.33*10-3 Pa.s, respectivamente, determinar si el flujo es laminar o
turbulento.
8. Hallar las pérdidas por fricción que existen en una tubería de acero inoxidable, de 1
pulgada de diámetro y 5 m de largo, donde el fluido se mueve a 0.1 m/s. (ρ = 1032
kg/m3 y μ = 1.33*10-3 Pa.s)
9. Cierto proceso para salsa de tomate (n = 0.45 y k = 12.5 Pa.sn) está ajustado para
mover el producto a 0.765 m/s a través de una tubería sanitaria de 1 pulgada.
Calcular las pérdidas por fricción por unidad de largo de la tubería.
10. Una bomba mueve una debida gaseosa con viscosidad de 1.5 cP desde un tanque
reserva a presión atmosférica hasta un tanque presurizado a 2 atm. Los tanque están
7 metros de distancia horizontal uno del otro y la bomba está conectada en algún sitio
entre los tanques. El tanque reserva se encuentra a una altura de 5 metros sobre el
nivel de la bomba mientras que el tanque presurizado está al mismo nivel de la
bomba. El flujo de masa es de 5 kg/s y el diámetro interno de la tubería es de
0.02664 m. La densidad del fluido es de 1100 kg/m3. OJO: Hay un codo en la
tubería.
a. Determine las pérdidas por fricción asumiendo que la viscosidad el producto
es de 9 cP.
b. Determine el trabajo que realiza la bomba si las pérdidas por fricción son de
20 m2/s2. (Nota: J/kg = m2/s2)
c. La eficiencia de la bomba se refiere la fracción de la energía eléctrica que se
aplica a la bomba y se convierte en trabajo. Asumiendo que el trabajo que
realiza la bomba es el de 1300 J/kg, ¿de cuántos caballos de fuerza debe ser la
bomba si es 83% eficiente?