Ejercicios Semana 3

 

Balance de materia y energía

Hoja de ejercicios N° 3 Balance de Materia I

Unidad: II

Apellidos : ………………………..……………….  Nombres : …………………… ……………………………………… ………………………. …….

Semana: 04

Fecha

Docente: ING. NATIVIDAD L. ARTICA COSME

: .…../……/2021

Instrucciones: Lea cada enunciado y realice los cálculos necesarios

1. Plantee la ecuación de balance de materia de los siguientes procesos a) Proceso de separación

b) Proceso de mezcla

c) Pro Proce ceso so de cont ontacto cto en en con contr trac acor orrrien iente

d) Pr Proc oces eso o sim simpl ple e con con recir ecircu cula lacció ión n

e) Pr Proceso sim simp ple co con der deriivación (b (by pa pass)

f) Pr Proceso mú múlple

g) Proceso múlple con recirculación

h) Proceso múlple con recirculación

i) Proceso múlple con derivación

 

Balance de materia y energía

 j) Múlples consecuvas consecuvas

2.

Desarrolle Desarrolle todas todas las ecuaciones ecuaciones de balance balance de de masa del siguien siguiente te proceso proceso

3.

Del siguiente siguiente diagra diagrama ma analice analice y escriba escriba todas todas las ecuaci ecuaciones ones de balanc balance e de materia materia del proceso proceso

4.

Desarrolle Desarrolle todas todas las las ecuacion ecuaciones es de balanc balance e de masa del siguiente siguiente proceso proceso de extrac extracción ción por por solventes

5.

Del siguiente siguiente diagra diagrama ma analice analice y escriba escriba todas todas las ecuaci ecuaciones ones de balanc balance e de materia materia del proceso. proceso.

 

Balance de materia y energía

6.

El encuentro encuentro del del rio Alleghe Allegheny ny y el rio Monongahel Monongahela a en Pisburgh Pisburgh forma el poderoso poderoso rio rio Ohio. Ohio. El Allegheny, que uye al sur a través de los bosques y los pueblos pequeños ene un caudal medio de 340 pcs (pies cúbicos por segundo) y ene una baja carga de sedimentos de 250 mg/L. El Monongahela, por el contrario, uye hacia el norte a un ujo de 460 pcs por ciudades que enen industrias de acero y que lleva una carga de sedimentos de 1500 ppm. Calcule el caudal del rio Ohio y la concentración de sedimentos. 3

7.

Una corrien corriente te que recorr recorre e 10000 L/s L/s se ve increm incrementa entada da con un un auente auente con un ujo de 5 m /s. La concentración de un contaminante de la corriente, río arriba antes de la conuencia, es 20 ppm, y la concentración de contaminante del auente es de 40 mg/L. Tratando el contaminante como una sustancia que se conserva (es decir no hay reacción química) y asumiendo que las dos corrientes se mezclan completamente, encuentre la concentración de contaminante río abajo.

8.

Cinco millon millones es de galones galones diarios diarios de aguas aguas residuales residuales,, con una concen concentrac tración ión de 10 mg mg/L /L de un contaminante conservavo se vierten a una corriente que ene un caudal de 10 millones de galones diarios y una concentración de contaminante de 3 mg/L. ¿Cuál es la concentración en ppm aguas abajo?

9.

El claricador de una planta de tratamiento de aguas residuales es una operación de tratamiento

primario que ene la función de separar los sólidos en suspensión (SS) por medio de un proceso de sedimentación. Al claricador ingresa un caudal de 11.11 L/s de agua residual con una concentración de 5000 mg/L de SS. El líquido claricado sale por la parte superior a un caudal de 3

30 m /h con una concentración de 25 ppm de SS y por la parte inferior sale el lodo como residuo. Realice el balance de materia considerando que el proceso está en estado estacionario y sin reacción química y calcule el caudal del lodo Q LODO LODO y la concentración de lodo C LODO. 3

10. Una fábrica fábrica envasado envasadora ra de embudos embudos produce un ujo de aguas aguas residuales residuales de 2000 m /día que conene 120000 mg/L de sal. Las aguas residuales se vierten en un río que ene un caudal de 3

1416.67 m /h y una concentración de sal de 50 ppm. La agencia reguladora ha establecido que lla a compañía mantenga un nivel de sal de no más de 250 mg/L aguas abajo de la descarga. ¿Cuánto debe ser la concentración de sal en las aguas residuales que permita cumplir este valor a la empresa? 11. El Rio Achamayo ene un caudal de 2290 L/s y una CAMAL

concentración de 15 ppm de DBO5, y recibe una descarga proveniente de un camal. La descarga del camal ene un caudal de 71.5 L/s y una concentración 1661.2 ppm de DBO5. A 50 m aguas abajo de la descarga del camal también se descarga agua tratada de una Planta de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR). (PTAR). La descarga de la PTAR ene una concentración de 98 ppm de DBO5 y un caudal de 40 L/s.

A

Mediante un balance de materia y suponiendo que la concentración de DBO5 es conservava, calcule la concentración de DBO5 en el punto A y la concentración de DBO5 en el punto B.

B

 

Balance de materia y energía

12. Una planta planta de producción producción de sal genera y descarga descarga 100 galones galones por minuto de aguas aguas residuales residuales que conenen 13000 ppm NaCl sobre un rio que uye a 1.2 millones de galones por día y conene una salinidad de 20 mg/L. Aguas abajo del punto de descarga es un lugar de pesca deporva de primera, y los peces son intolerantes a concentraciones de sal por encima de 200 mg/L. Cuál debe ser la concentración de sal en euente para que el nivel de sal luego de la descarga no supere los 200 mg/L. 13. Cierto Cierto rio que ene un caudal caudal de 9500 L/s y una concentració concentración n de 5 ppm de solidos suspendido suspendidoss (SS) recibe una descarga proveniente de una fábrica de papel. La descarga de la fábrica de papel ene un caudal de 60.20 L/s. Para conocer la concentración de SS en la descarga de la fábrica de papel se hizo un monitoreo y se determinó que una muestra de 700 mL de agua residual de la fábrica de papel tenía 0.079 g de SS. A 50 m aguas abajo de la descarga de la fábrica de papel también se descarga hacia el rio 90.52 L/s de aguas residuales de una fábrica de cerveza. Según el moni mo nito tore reo, o, una una mues muestr tra a de 92 920 0 mL de ag agua ua re resi sidu dual al cont conten enía ía 0.05 0.052 2 g de SS. SS. Ca Calc lcul ule e la concentración de SS (en ppm) en la descargas de cada fábrica. Calcule la concentración de SS en un punto de monitoreo luego de la descarga de aguas residuales de la empresa de papel y en el otro punto de monitoreo luego de la descarga de la planta de producción de cerveza. 3

14. El río río Plateau Plateau lleva un caudal caudal de 5.0 m /s y sus aguas enen una concentración de selenio (Se) de 3 0,0015 mg/L. Un granjero empieza a extraer 1 m /s del río para regar la erra. Durante el riego, el agua toma selenio de las sales del suelo. La mitad del agua de riego se pierde en la erra y las plantas, y la otra mitad retorna al río Plateau con un contenido de 1 mg/L de selenio. El selenio es una sustancia no reacva, y por tanto conservava (no se degrada en el agua), y la corriente no toma más selenio de ningún ningún otro auente. auente. Si el granjero riega connuamente connuamente,, ¿cuál ¿cuál será la concentración estable de selenio aguas abajo de la granja? 15. Una planta texl descarga agua residual que conene 20% de colorante. La intensidad del color es demasiado grande y el Estado ha dicho al director de la planta para reducir el color en la descarga. El ingeniero ambiental de la planta le dice al gerente que el color no sería un problema si podían tener nte con no más del 8% en las aguas residuales. El gerente de planta sugiere que la forma menos costosa de hacer esto es diluir la corriente residual con agua potable a n de llegar al 8% de concentración requerida. Si el caudal de aguas residuales es de 900 gal/min, calcule la candad de agua que se requiere para este po de manejo. ¿Qué opina de este po de control? 3

16. Un río con 400 mg/L mg/L de sal (una sust sustanci ancia a conservav conservava) a) y un caudal de 25 m /s, recibe un verdo 3

agrícola de 5 m /s que transporta 2000 mg/L de sal (véase Figura). La sal se disuelve rápida y 3

uniformemente en el agua del río. Una ciudad próxima aguas abajo, extrae 0.22 m /s de agua del rio y los encargados enen que mezclarlo con agua pura (sin sal) de otra fuente para suministrar agua a sus vecinos con un contenido no mayor que 500 ppm de sal. ¿Calcule la candad de agua pura que se debe emplear?

 

Balance de materia y energía

17. Un rio de categoría 3 que ene un caudal de 2650 L/s y una concentr concentració ación n de selenio selenio (Se) de 0.0016 ppm recibe una descarga de 52 L/s de aguas residuales. Según el ECA para esta categoría la concentración de selenio en el rio no debería exceder de 0.05 ppm. Verique si la concentración de selenio en el rio luego de la descarga excede o no el valor establecido por el ECA si la concentración de selenio en la descarga de aguas residuales es de 1.82 mg/L. 3

18. Un rio que que ene un caudal caudal de3 11.62 11.62 m /s y una concentración de sedimentos de 120 ppm recibe un auente de 4.11 m /s. Un ingeniero ambiental realiza un monitoreo aguas abajo luego de la conuencia del auente para determinar su concentración. Para ello toma una muestra de 2.5 L de agua del rio y determina que ene 3600 mg de sedimentos. a) Calcule el caudal caudal aguas aguas abajo de la conuencia b) Calcule la concentración del auente. 19. Un rio de categoría 3 que ene un caudal de 4520 L/s recibe, aguas abajo, una descarga de aguas residuales y el rio incrementa su caudal a 4605.2 L/s. Según el informe del monitoreo realizado en la descarga de aguas residuales la concentración de Pb es de 1.68 ppm. Considerando que el ECA para un rio de categoría 3 es de 0.05 mg/L de Pb, verique si después de la descarga de aguas residuales en el rio la concentración de Pb excede el ECA tomando en cuenta que la concentración de Pb en el rio antes de la descarga es de 0.002 mg/L de Pb. 3

3

20. Un rio que ene ene un caudal caudal de 525 m /min recibe un auente de 246 m /min. Un ingeniero ambiental realiza un monitoreo antes de la conuencia del auente en el rio para determinar su concentración. Para ello toma una muestra de 1.5 L de agua del rio y determina que ene 58 mg de sedimentos. Si la l a concentración del rio aguas abajo luego de la conuencia es de 185 ppm. a) Calcule el caudal aguas abajo de la conuencia b) Calcule la concentración del auente en mg/L mg/L 21. Un ujo de 70 L/s de aguas residuales con una concentración concentración de 1.42 mg/L de Cadmio (Cd) se 3

descargan sobre un rio de categoría 3 que antes de la descarga ene un caudal de 3.7 m /s. Según el informe del monitoreo realizado aguas abajo de la descarga de aguas residuales sobre el rio la concentración de Cd es de 0.05 ppm. Considerando que el ECA para un rio de categoría 3 es de 0.01 mg/L de Cd, verique si antes de la descarga de aguas residuales sobre el rio la concentración excedía o no el ECA. 3

22. Un rio que que ene un caudal caudal de 695 m /min y una concentración de sedimentos de 90 ppm 3

recibe un auente recibe auente de 246 m /min. Un ingeniero ambiental realiza un monitoreo aguas abajo de la conuencia del auente en el rio para determinar su concentración. Para ello toma una muestra de 2.5 L de agua del rio y determina que ene 3.6 g de sedimentos. a) Calcule el caudal aguas abajo de la conuencia b) Calcule la concentración del auente en mg/L mg/L