PROBLEMAS RESUELTOS 02.pdf

Curso Docente Unidad

TERMODINÁMICA Danny Zelada Mosquera

I

Facultad Carrera Tema

Ingeniería Ingeniería Industrial Variables de Proceso

Asunto Nº Tipo

Laboratorio 2 Aplicaciones

SEMESTRE: 2013-1

Apellidos y Nombres: ................................................................................................................ Fecha: ........../ 04 / 2013

Logro específico: Interpreta el volumen específico y la temperatura como variables de proceso de interés en las operaciones y procesos industriales, escalas, unidades e instrumentos de medición.

APLICACIÓN 1: Un recipiente del 1m3 está lleno con 400 kg de granito (=2750 kg/m3), 200kg de arena seca (=1500kg/m3) y 0,2m3 de agua líquida a 25°C (=997kg/m3); considerando la densidad del aire de 1,1kg/m3, calcular los valores promedios del volumen específico y densidad para el recipiente de 1m3 de volumen. SOLUCIÓN:

Cálculo del volumen de aire:

Vtotal  Vagua  Vgra  Varena  Vaire 400 200   Vaire 2750 1500 Vaire  0,5212 m 3

1  0,2 

Cálculo de la masa total del sistema:

mT  mgra  marena  magua  maire mT  400  200  0,2  997  0,5212  1,1 mT  800 kg Cálculo de densidad y volumen específico promedios:



mT 800   800 kg / m 3 VT 1

v

1





1  0,00125 m 3 / kg 800

APLICACIÓN 2: Se mide los valores de una variable (f) a diferentes tiempos (t): f t

1 1

4 2

Emplea la interpolación lineal de dos puntos para calcular: (a)

f(t= 1,3) =

(b)

t(f= 5) =

SOLUCIÓN: (a)

(b)

f 1 x 4

t 1 1,3 2

f 4 5 8

t 2 x 3

4 1 x 1  2  1 1,3  1 3 x 1  1 0,3 0,9  x  1 x  1,9  f t  1,3  1,9

4 1  1 x2 4x  8  1 4x  9 x  2,25  t  f  5  2,25

2

8 3

Semestre 2013-1

Termodinámica

APLICACIÓN 3: La siguiente tabla muestra la presión de vapor del 1-clorotetradecano a varias temperaturas:

Emplea una interpolación lineal de dos puntos para estimar: a. el valor de p* a T= 185 °C, b. el valor de T a p* = 7,6 mm Hg

APLICACIÓN 4: Complete the table below with the proper equivalent temperatures. °C -40,0

°F

K

R

77,0 698 69,8 SOLUCIÓN:

3

APLICACIÓN 5: Se combinan corrientes de metano y aire (79 mol% de N 2 y el balance de O2) en la entrada de un precalentador de un horno de combustión. Las presiones de cada corriente se miden con manómetros de mercurio de extremo abierto, las temperaturas se miden con termómetros de resistencia, y las velocidades de flujo volumétrico con medidores de orificio.

Punto de medición 1 CH4

Punto de medición 3 PRECALENTADOR

Aire Punto de medición 2

Datos: Flujómetro 1: V1 = 947 m3/h Flujómetro 2: V2 = 195 m3/min Manómetro 1: h1 = 232 mm Manómetro 2: h2 = 156 mm Manómetro 3: h3 = 74 mm Termómetro de resistencia 1: r1 = 26,159 ohms Termómetro de resistencia 2: r2 = 26,157 ohms Termómetro de resistencia 3: r3 = 44,789 ohms Presión atmosférica: la lectura en un manómetro de mercurio de extremo sellado es h = 29,76 in. Los termómetros de resistencia se calibraron midiendo sus resistencias en los puntos de congelación y ebullición del agua, y se obtuvieron los siguientes resultados: T = 0ºC: T = 100ºC:

r = 23,624 ohms r = 33,028 ohms

Por tanto, es posible suponer que la relación entre T y r es una recta. La relación entre la velocidad total de flujo molar de un gas y su velocidad de flujo volumétrico está dada, con buena aproximación, por una forma de la ecuación de estado de los gases ideales:

donde

4

es la presión absoluta del gas.

Semestre 2013-1

a) Derive la fórmula de calibración del termómetro de resistencia para

Termodinámica

en términos de r (ohm).

b) Transforme las expresiones dadas de la ley de los gases a una expresión para términos de , y .

en

c) Calcule las temperaturas y presiones de los puntos 1,2 y 3. d) Calcule la velocidad de flujo molar de la corriente combinada de gases. e) Calcule la lectura del flujómetro 3 en m3/min. f) Calcule la velocidad total de flujo másico y la fracción másica del metano en el punto 3. SOLUCIÓN:

5

6