FELDER Balance
February 16, 2023 | Author: Anonymous | Category: N/A
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3.1 Realice las siguient siguientes es estimaciones. a) Estime la masa de agua (en kg) en una alberca olímpica.
Densidad del agua=
1,000 /
Dimensiones de la alberca olímpica= 50 x 25 x 2.7 metros
.×× , ,, . = 50 ×× 25 ×× 2.7 (1,000 ) = ,
b) Se llena un vaso con agua con una jarra. Estime la velocidad de flujo másico del agua (g/s)
Si estimamos un vaso promedio, podríamos decir que éste puede contener aproximadamente 360 mL de agua. Ahora, experimentalmente he obtenido un tiempo aproximado en el que se llenaría el vaso con una garra, el cual es de 15 s. Por lo tanto, el flujo volumétrico seria:
= 24 = = 36015 Sabemos que la densidad del agua es: 1,000 Por lo tanto la velocidad de flujo másico es:
24 (1,0001 ) ) 1,000 (1,000 ) (1,1000) =
c) Por coincidencia, doce boxeadores de peso pesado suben a un mismo elevador en Gran Bretaña. En la pared del elevador hay un letrero que indica el peso máximo admisible combinado de los pasajeros como Wmax en stones (1 stone=14 lbm=6kg). Si usted fuera uno de los boxeadores, calcule el menor valor como Wmax con el cual se sentiría tranquilo de permanecer en el elevador.
Peso mínimo de un boxeador: 91 kg
≥ 91 × 12 (1 6 ) =
d) Un oleoducto que atraviesa Alaska tiene 4.5 ft de diámetro y 800 millas de largo. ¿Cuántos barriles de petróleo se requieren para llenarlo?
800 ((0.0006214 3.2808 ) ) = 4,22323,,75252..816 4.5 4223752.816 = 67, 1 176, 76 , 0 4 43. 3. 1 = 4 = 4 )=11,964,533.11≈ .× 67176043.1 (7.41805) (142
e) Estime el volumen de su cuerpo en
de dos maneras distintas
1 forma Dimensiones propuestas del cuerpo 160 cm x 25 cm x 15 cm
= ,
2 forma Densidad del cuerpo:
0.95 /
Masa = 57 kg
1000 , 57 ( ( 1 ) 0.95 = ,
f) Un bloque solido cae dentro del agua y llega al fondo con gran lentitud. Calcule su gravedad especifica.
Suponemos que el bloque sólido tiene una densidad de:
1580 /
1580 = = 1000 = .
3.2 Determine las densidades de las siguientes sustancias en
/
a) Un líquido con densidad de 995
/
. Use 1) los factores de conversión de la tabla
que se encuentra en la cara interna de la cubierta delantera del libro, y 2) la ecuación 3.12
1)
= . 0. 3 048 995 (2.20462 ) 1 1 2)
62. 4 3 ∙ 995 10100000 ∙∙ = . b) Un sólido con gravedad especifica de 5.7
= =∙ =5.7(62.43 ) = .
3.3 La gravedad especifica aproximada de la gasolina es 0.70 a) Determine la masa (en kg) de 50 litros de gasolina
=∙ =0.7(1000 )=700 50 1000 1 (700) =
b) La velocidad de flujo másico de la gasolina que sale de un tanque de refinería es 1150 kg/min. Estime la velocidad de flujo volumétrico en litros/s
700 1 1000 1150 720 ( 60 ) ( 1 ) = .
Densidad de la gasolina
c) Calcule la velocidad promedio del flujo másico (lbm/min) que suministra una bomba de gasolina.
Decimos que el flujo volumétrico de una bomba de gasolina es de 20 litros/min Densidad de la gasolina Entonces:
720
700 2.20462 1 20 1000 ( ) ( 1 ) = .
d) Se combinan gasolina y queroseno (gravedad especifica = 0.82) para obtener una mezcla con gravedad específica de 0.78. Calcule la relación volumétrica (volumen de gasolina) / (volumen de queroseno) de los dos compuestos en la mezcla, suponiendo que Vmezcla=Vgasolina+Vqueroseno.
Suponemos que se mezcló
de queroseno
Gravedad especifica de la gasolina = 0.70
70 →= 0.820.78 = . 0.78= 0.82+0. 0.780.70 +1 . /
Volumen de la gasolina = 0.70
3.4 Suponga que el precio aproximado de la gasolina gasoli na en Francia es de 5 francos franceses por litro y el tipo de cambio es 5.22 francos por dólar estadounidense. ¿Cuánto pagaría, en dólares, por 50 kg de gasolina en Francia, suponiendo que la gasolina tiene una gravedad especifica de 0.70? ¿Cuánto costaría la misma cantidad de gasolina en los estados unidos a razón de $1.20 dólares por galón?
En Francia:
1000 5 1 50 700 ( ) ( 1 ) (5.22 ) = . ó
En Estados Unidos:
1000 7.4805 1.20 50 700 ( ) ( 28.317 ) ( 1 ) = . ó
3.5 Se mezclan benceno líquido y n-hexano líquido para formar una corriente que fluye a una velocidad de 700 lbm/h. Un densitómetro (instrumento que se utiliza para determinar la densidad) colocado en la línea indica que la corriente tiene una densidad de 0.850 g/ml. Empleando las gravedades específicas de la tabla B.1, calcule las velocidades de alimentación másica y volumétrica de ambos hidrocarburos hacia el recipiente de mezclado (en unidades americanas de ingeniería). Indique por lo menos dos suposiciones necesarias para obtener una estimación a partir de los datos anteriores.
Flujo másico de la mezcla: 700 lbm/h Densidad de la mezcla: 0.850 g/mL
0.850 35.103145 (2.21000 0462 )=53.064 )=53.064 lbm = 700 h 53.064 =13.192 ℎ Gravedad especifica del benceno= 0.879
)=54.876 =0.879(62.43
ℎ (54.876 )=54.876 = Gravedad especifica del n-hexano= 0.659 )=41.141 =0.659(62.43 ℎℎ== − ℎ (41.141 )=41.141 − Entonces podemos obtener el siguiente sistema de ecuaciones:
+ − =13.192
41 − =700 54.876 76 +41.141 + − = 13.192 54 54..87766 Resolvemos el sistema:
54.54.876 76876 =700924 +41.87676 141 41−− =723. 76 54. 13.735 35− =23.924 23. 9 24 − = 13.735 =1.74 ℎ éé ℎℎ = . Sustituimos el valor en la primera ecuación ecu ación para saber el flujo volumétrico del otro hidrocarburo:
+ − =13.192 +1.741=13.192 =13.1921.741 =11.45 ℎ
=. Ahora hallamos los flujos másicos con los valores obtenidos: =54.876 =54.876 11.45 = . ℎ ℎ = 4141..141 − =41.141 1.74 = . 3.6 Una solución acuosa a 25 °C que contiene contie ne 35% por peso de H2SO4 tiene una gravedad especifica de 1.2563. Se requiere una cantidad de la solución al 35% que contenga 195.5 kg de H2SO4.
a) Calcule el volumen necesario (L) de la solución utilizando la gravedad especifica que se indica.
1000 = 1 195.5 (10035ó 563) (1 ) ) = . ) (1.21563) b) Estime el porcentaje de error que hubiera resultado si se hubieran usado las gravedades específicas de los componentes puros del H2SO4 (GE= 1.8255) y del agua para el cálculo, en vez de la gravedad especifica de la mezcla indicada.
= . 195.5 (1.8255) + 195.5 95.5 3565 1 Porcentaje de error
61644444.4.616 || ×100%= .. % % = |47470.0.165444. 3.14 ¿Qué cantidades de las siguientes se encuentran en 15 kmol de benceno (C 6H6)?
C6H6 M= 78 kg a) kg C6H6
15 (178kg ) = , , b) mol C6H6
mol ) = , 15 (1000 1
c) lb-mol C6H6
mol ) (2.20462 ) = , . 15 (1000 , . 1 1 d) mol (g-átomo) C
6 kmol ) (1000 ) = , 15 (1 1
e) mol H
f) g C
6 kmol 1000 15 (1 ) ( 1 ) = , 72 kg ) (1000 ) = .× 15 (1 1
g) g H
6 kg ) (1000 ) = , 15 (1 1 ,
h) moléculas de C6H6
é 1000 mol 6.02×10 15 ( 1 ) 1 = .×
3.15 El tolueno liquido fluye por una tubería a una velocidad de 175 m 3 /h
= 866 kg/m³
M=92 kg kg a) ¿Cuál es la velocidad de flujo másico de esta corriente en kg/min?
866 1 ℎ 175 ℎ ( ) (60 ) = ,. b) ¿Cuál es la velocidad de flujo molar en mol/s?
(1000 ) (1 ) = . 2525.83 92 60 c) De hecho, la respuesta del inciso a) constituye sólo una aproximación y sin duda incluye un ligero error. ¿Qué suposición efectuó para obtener la respuesta?
3.19 Una mezcla contiene 10.0 mol% de alcohol etílico, 75.0 mol% de acetato de etilo (C4H8O2), y 15.0 mol% de ácido acético. Calcule las fracciones másicas de cada compuesto.
Para empezar, suponemos que tenemos 1 mol de la mezcla Alcohol etílico (C2H5OH):
==62 ×12 ×1×1= 2 = 264 = 1 ×16 ×16 = 16
10.0 %=0.10
46
0.10 (46) = 4.6
Acetato de etilo (C4H8O2):
75.0 %=0.75
==84 ×12 ×1×1= 2 = 488 = 2 ×16 ×16 = 32
88
0.75 (88) = 66
Ácido acético (CH3COOH):
==42 ×12 ×1×1= 2 = 244 = 2 ×16 ×16 = 32
60
15.0 %=0.15 0.1515 ((60) = 9 0.10 + 0.7.755 ++ 0.1155 = 1
Por lo tanto, la masa total de la mezcla me zcla es de:
9 + 66 + 4.6 = 79.6
Y las fracciones másicas de cada componente son:
= 79.4.66 = .
= 79.666 = .
= 79.9 6 = .
¿Cuál es el peso molecular promedio de la mezcla?
Obtenemos el peso molecular promedio a partir de la siguiente formula:
= + + Calculamos las fracciones molares de cada componente:
10 =. = 10.
= 0.175 =. = 0.115 =.
El peso molecular promedio será:
= 0.10 04646 + 0.75 58888 + 0.15 56060 =4.6+66+9= . ¿Cuál es la masa (en kg) de una muestra que contuviera 25.0 kmol de acetato de etilo?
Ya sabemos que en 1 mol de la mezcla (0.001 kmol) se encuentran 0.75 mol de acetato de etilo (7.5x10-4 kmol) Calculamos el número de moles de la mezcla a partir de los 25.0 kmol de acetato de etilo:
25.0 (7.50.×10 001 − ) = 3333..333
Si suponemos que el peso molecular promedio de la mezcla permanece igual, entonces partimos de éste para calcular la nueva masa de la mezcla:
1 ) (1000 ) (33.333 ) = , , .. (1000 79.6 1 1 3.22 Una mezcla de etanol (alcohol etílico) y agua contiene 60.0% de agua en masa.
a) Suponiendo que los componentes tienen aditividad de volumen, calcule la gravedad especifica de la muestra a 20 °C. ¿Qué volumen (en litros) de esta mezcla se requiere para suministrar 150 mol de etanol?
Suponiendo que tenemos 100 g de la mezcla
Por lo tanto, para el etanol:
= 60.0% → 60 40.0.0%% → 40
Calculando la masa del etanol a partir de 150 mol del mismo:
==62 ×12 ×1×1= 2 = 264 = 1 ×16 ×16 = 16
46
150 ((46 )) = 6,900
Calculamos la masa del agua a partir de la masa del etanol obtenida:
) = 1010,,350 6,900 ((4060 Densidad del agua: 1 / Densidad del etanol:
=0.789→=0.7891 =0.789
Volumen del agua:
,350 (101,000 ) = 10.35 10,350 1 = 10,35 Volumen del etanol:
6,900 0.789 =8745.247 (101,000 ) = 8.745 Por lo tanto, el volumen de la mezcla es:
10.3535 ++ 8.745 745 = . Masa de la mezcla:
1010,,350 ++ 6,900 = 1717,,250 Densidad de la mezcla:
250 =903.378 ( 1,000 )=0.903 = = 17, 10 19.095 Calculando la gravedad especifica de la mezcla:
= = 0.9103 = . b) repita el inciso (a) con la información adicional de que la gravedad especifica de la muestra a 20 °C es 0.93518 (y, en consecuencia, no es necesario suponer aditividad de volumen), ¿Qué porcentaje de error resulta de la suposición de aditividad de volumen?
Calculamos la densidad de la mezcla a partir de la nueva gravedad específica:
1 10 ) 1,000 =935.18 =0.93518( =935.18 Nuevo volumen de la mezcla: . 17,250 (935.18 ) = . 045| 45| ×100%= .% %= |18.44619. 18.446
3.32 Lleve a cabo las siguientes conversiones de presión suponiendo, si es necesario, que la presión atmosférica es 1 atm. A menos que se indique lo contrario, las presiones dadas son absolutas:
a)
b)
14.696 ) = . 26260000 ((760 .
275 (33.101.9 325 . ) = . . / 1 1. 0 1325×10 3.00 1.0000 ∙ (100 ) = .
c)
d)
280 (101 ) 1.760 280 01325×10 ∙ (1001 ) = .× í
e)
Calculando la presión manométrica (de vacío) en atm:
)=0.263 20 (101 ) (7601 = + f)
= 0.263 + 1 = . . . é
Sabiendo que los psig pertenecen a la presión manométrica:
g)
) = ,. 25.0 (760 é é 14.696 . .
Calculando la presión manométrica (psig) a mm Hg
) = 1,2292. 25.0 (760 14.696 92.886969 = +
Se sabe que la presión atmosférica es igual a 1 atm = 760 mm Hg
=1292.869 +760 = ,,.. é = + =
h)
Se sabe que la presión atmosférica es igual a 1 atm = 760 mm Hg
= 323255 760 = . .
i)
Para poder pasar de unidades de presión (psi) a unidades de longitud (cm) nos apoyamos en la siguiente formula:
= ℎ → ℎ = Calculamos la densidad del tetracloruro de carbono: =∙ ∙ = → = =1.595(1 )=1.595 Sabiendo que:
=9.81
Y tambien:
= Entonces:
(1000 ) ∙ 1 2 ℎ = =. 4.41482 ( ) ∙ 30.48 .. 1 .. = ,. 3.48 convierta las temperaturas de los incisos a y b y los intervalos de temperatura de los incisos c y d: a)
= ° °°,, °,
°° = °° +459.67=85+459.67= +459.67=85+459.67= °° =1.8 =1.8°° + 32 .. °° 53 = . ° = ° = °1.8 32 = 8532 1.8 1.8 = ° +273.15=29.444+273.15= . = ° , °°,, ° = ° +273.15=10+273.15= .. °° =1.8 =1.8 ° ° +32=1.8 +32=1.8 10 10 +32= ° ° =1.8 =1.8263.15 = . ° ∆ = ° ,, °°,, ° 11° → 85° (11 ° ) = 1.18°° → 85° (1.18°°) = ° 1 ° 1.18° →85°( →85°(11 °) ° ) (1.18°) = °
b)
c)
d)
∆== °° °,°, °°,, ∆
11 °° →150°(11 °°) = ° 1.8 ° 1 ° 1 1 ° 1 1.18° →150°( →150°(1.18°) °))=( 1. .)=. ) . ° 1.8 ° 1
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