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BalanceSolver

Mezcla adiabática: temperatura final de dos corrientes de agua

Por Daniel · Actualizado el 1 de noviembre de 2026

Aquí la incógnita no es el calor sino una temperatura. Con Q = 0, la entalpía que sale es igual a la que entra, y hay que encontrar la temperatura que cumple esa igualdad. Si el Cp depende de T, la ecuación no es lineal y se resuelve numéricamente.

Enunciado

Se mezclan sin pérdidas de calor 100 kg/h de agua a 20 °C con 50 kg/h a 80 °C. ¿A qué temperatura sale la mezcla?

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Solución paso a paso

1. Diagrama de flujo

F1F2F3 Mmezclador

2. Datos, unidades y notación

Notación:

  • ṁi,F = flujo másico del componente i en la corriente F (kg/h).
  • ṁF = Σi ṁi,F (kg/h).

3. Análisis de grados de libertad

SubsistemaVariablesBalancesDatos y relacionesGL
Mezclador M4220
Sistema completo44 ecuaciones0

GL = variables − balances independientes − datos y relaciones. Las variables son los flujos de cada componente en cada corriente, más grados de avance, fracciones de división, Q, W y temperaturas desconocidas. Con GL = 0 el problema está completamente especificado. Se empieza por el subsistema con GL = 0.

4. Ecuaciones planteadas

  1. Dato · F1 ṁF1 = 100 kg/h
  2. Dato · F2 ṁF2 = 50 kg/h
  3. Balance · M ṁH2O,F3 = ṁH2O,F1 + ṁH2O,F2
  4. Energía · M 0 − 0 = Σsale ṁiĤi − Σentra ṁiĤibalance de energía en estado estacionario, sin cambios de energía cinética ni potencial

5. Solución paso a paso

  1. De la ecuación (1) ⇒ ṁH2O,F1 = 100 kg/h
  2. De la ecuación (2) ⇒ ṁH2O,F2 = 50 kg/h
  3. De la ecuación (3): ṁH2O,F3 = (100) + (50) ⇒ ṁH2O,F3 = 150 kg/h
  4. De la ecuación (4) ⇒ TF3 = 40.007 °C

6. Resultados

F1 · 20 °C, líquido

Componentekmol/hFracción molarkg/hFracción másica
H2O5.550911001
Total5.550911001

F2 · 80 °C, líquido

Componentekmol/hFracción molarkg/hFracción másica
H2O2.77551501
Total2.77551501

F3 · 40.007 °C, líquido

Componentekmol/hFracción molarkg/hFracción másica
H2O8.326411501
Total8.326411501

7. Balance de energía

Estados de referencia: H2O (líquido, 25 °C). Ĥ en kJ/kg.

Mezclador M

CorrienteComp.T (°C)FlujoĤTrayectoria
entraF1H2O (líquido)20100-20.931∫Cp(l) de 25 a 20 °C: -20.931
entraF2H2O (líquido)8050230.06∫Cp(l) de 25 a 80 °C: 230.06
saleF3H2O (líquido)40.00715062.732∫Cp(l) de 25 a 40.007 °C: 62.732

ΔĤ = Σsale − Σentra = 9,409.7 − 9,409.7 = 0 kJ/h

Q − Ws = ΔĤ ⇒ Q = 0 kJ/h (adiabático)

Datos de Cp, calores latentes: NIST Chemistry WebBook, SRD 69 (webbook.nist.gov).

8. Verificación (entra + genera = sale)

EquipoBalanceEntraGeneraSaleError
Mezclador MBalance de H2O1500150 ✓ 3.1 × 10-9 %
Mezclador MMasa total1500150 ✓ 3.1 × 10-9 %
Mezclador MEnergía (Q − W − ΔH) ✓ 0 %

Tolerancia: error relativo menor a 1 × 10-4 %. Todos los balances cierran.

Claves del problema

Errores comunes

Preguntas frecuentes

¿Qué significa adiabático?

Que no hay intercambio de calor con los alrededores: Q = 0.

¿La calculadora puede encontrar cualquier temperatura desconocida?

Sí, si es la única incógnita del balance de energía de ese equipo. Marca la temperatura como incógnita en la corriente.

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