Tarea7

Título del Control Mezcla de gases, gases-vapores y acondicionamiento de aire.  Nombre Alumno Ariel Andrés Araya Melo  Nombre Asignatura Termodinámica Instituto IACC 20 de abril de 2019

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Desarrollo 

¿Cuál es la diferencia entre aire seco y aire atmosférico?

Puedo decir que, el aire seco no contiene ningún vapor de H2O, en cambio el aire atmosférico si lo tiene en su composición.



Se tiene una mezcla de gases en la cual todos los componentes tienen la misma masa.

a) ¿serán idénticas todas las fracciones másicas?  b) ¿Y qué sucede con las fracciones molares? a) Puedo analizar que, si los componentes tienen la misma masa denominada “m”, y que halla un componente llamado “q”, entonces las masas totales serán “qm”. Ahora bien, busco la fracción

másica de cualquier componente llamado “i”. Expresión: (fm)i = masa del componente i / masa total (fm)i = m/qm = 1/q ∀ , 1 ≤  ≤ q

 En resumen, todas las fracciones másicas son iguales.

 b) Ahora la masa molecular del componente “i”, “Mi”, entonces el numero de moles del componente “i” es “ni = m/Mi”, se entiende que los moles totales serian:

nT = n1 + n2 + n3 +……+ ni + ni+1 + ..... + mq. nT = m/m1 + m/m2 +..... + m/Mi + m/Mi +1 + .... + m/mq. Expresión

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(fm)i = (1/Mi) / (1/m1 + 1/m2 +..... + 1/Mi + 1/Mi +1 + .... + 1/mq). Según lo expuesto puedo decir que los “Mi” son diferentes.

Una mezcla de gases consiste en 5 kg de O2, 8 kg de N2 y 10 kg de CO2. Determine



a) la fracción másica de cada componente,  b) la fracción molar de cada componente, componente , c) la masa molar promedio y la constante del gas de la mezcla. Información: Mezclas de Gases 5 Kg de O2

8 Kg de N2

10 Kg de CO2

(fm)i = mi / m total  (fn)i = ni / ntotal

M02 = 32 g/mol

Tabla: i

mi(kg)

(fm)i

ni

(fn)i

O2

5

0,2174

156,25

0,2335

 N2

8

0,3478

285,71

0,4269

CO2

10

0,4348

227,27

0,3396

Totales

23

1

669,23

1

Respuestas:

Mn2 = 28 g/mol

Mco2 = 44 g/mol

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c) Mmezcla = 23000 / 669,23 = 34,4 g/mol d) Rmezcla = 8,314 / 34,4 = 0,242 kJ/Kg K



Un recipiente rígido que contiene 2 kg de N2 a 25 °C y 550 kPa está conectado a otro

recipiente rígido que contiene 4 kg de O2 a 25 °C y 150 kPa. Se abre la válvula que conecta los dos recipientes y se permite que los dos gases se mezclen. Si la temperatura final de la mezcla es de 25 °C, determine el volumen de cada recipiente y la presión final de la mezcla. Información: mn2 = 2 Kg Mn2 = 0,028 Kg/mol T = 25°C = 298 k Pn2 = 550 kPa Desarrollo Pn2 Vn2 = mn2 / Mn2 RT 550 * Vn2 = 2/0,028 * 8,314 * 298 550* Vn2 = 71,43*2477,77 550* Vn2 = 176969,43 Vn2 = 176969,43/550 Vn2 =321,76 l

mO2 = 4 kg.

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150* VO2 = 4/0,032 *8,314 *298 150* VO2 = 125 *8,314 *298 150* VO2 = 125 *2477,57 150* VO2 = 309696,5 VO2 = 309696,5 / 150 VO2 = 2064,64 l

PROCESO ISOTERMICO (Pn2 * Vn2)/ Nn2 = (Pf (Vf ))/ ))/ Nf (Pn2 * Vn2)/ Nn2 = (Pf (Vn2 + VO2))/ Nn2+ No2 (550*321,76) / (2000/28) = Pf (321,76+2064,64) / (2000/28 + 4000/32) 176.968 / 71,43 = Pf *2386,4 / 71,43 + 125 2477.5 = Pf *2386,4/196,43 2477.5 = Pf *12,15 Pf = 2477.5 / 12,15 Pf = 203,91 kPa



Un recipiente contiene 21 kg de aire seco y 0,3 kg de vapor de agua a 30 °C y 100 kPa de

 presión total. Determine a) la humedad específica,  b) la humedad relativa, y

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mv = 0,3 Kg vapor agua T =30°C = 303K P =100 KPa a) w = mv / mas w = 0,3 / 21 w = 0,014  b) T = 30°C

Tabla A-4

Pg = 4,2469 KPa

w = 0,622 (Pv / P –  Pv)  Pv) 0,014 = 0,622 (Pv / 100 –  Pv)  Pv) Pv = 2,251 KPa Ø =Pv / Pg = 2,251 / 4,2469 Ø = 0,53 = 53% c) Pv V = (mv/18) *RT 2,251 V = (0,3/18) *8,314*303 2,251 V = 0,017 * 2519,14 2,251 V = 42,83 V = 42,83 / 2,251 V = 19,03 L



Una casa contiene aire a 25 °C y 65 por ciento de humedad relativa. ¿Se condensará

humedad en las superficies internas de las ventanas cuando la temperatura de la ventana baja a

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Si la condensación será en la ventana = Ø = 100% T = 25°C

tabla A-4

Pg = 3,1698 kPa.

T = 10°C

tabla A-4

Pg = 1,2281 kPa.

T = 25°C Ø = 65%

Desarrollo

T = 10°C Ø = 100%

T = 25°C Ø = Pv / Pg 0,65 = Pv / Pg 0,65 = Pv / 3,1698 Pv = 0,65 * 3,1698 Pv = 2,06037 kPa W = 0,622 Pv / P-Pv W = 0,622 * (2,06037 / (101,325 –  2,06037))  2,06037)) = 12,91 g de vapor / Kg de aire seco T = 10°C Ø = 100%

Pv = Pg = 1,2281 kPa.

W = 0,622 Pg / P –  Pg  Pg W = 0,622 * (1,2281 / (101,325 –  1,2281))  1,2281)) = 7,63 g de vapor / Kg de aire seco Entonces como w a 25°C > 10°C, Si se condensa agua.

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

El aire de un cuarto tiene una presión de 1 atm, una temperatura de bulbo seco de 24 °C y

una temperatura de bulbo húmedo de 17 °C. Usando la carta psicrométrica, determine: a. la humedad específica,  b. la entalpía, en kJ/kg aire seco, c. la humedad relativa, d. la temperatura de punto de rocío y e. el volumen específico del aire, en m3 /kg aire seco. Información:

Ø=50%

h=48

P = 1 atm

Vr=0,86 W=9

TbS = 24°C

Tbh=17°C

Tbh = 17°C Vr=0,85 Tpr=12,5°C

Desarrollo a) w = 9 g de vapor / Kg de aire seco  b) h = 48 kJ / Kg de aire seco c) Ø = 50% d) Tpr = 12,5°C

Tbs=24°C

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Determine: a. la temperatura y la humedad relativa del aire cuando sale de la sección de calentamiento,  b. la tasa de transferencia de calor en la sección s ección de calentamiento y c. el flujo de adición de agua al aire en la sección de humidificación. Información: 3) Vapor Saturado T3 = 100°C Calentamiento

Humidificador

1) T1 = 10°C 4) T4 = 0°C

Ø1 = 70%

2) 3

V1 = 35 m /min T1 = 10°C

Tabla A-4

Pg1 = 1,2281 kPa

Ø1 = 70%

Pv1 = Ø1

Pg1 = 0,7 (1,2281) = 0,85967 kPa

W1 = 0,622 Pv1 / P - Pv1 W1 = 0,622 (0,85967) / (101,325 –  0,85967)  0,85967) = 5,32*10-3 Kg/Kg aire seco KgAS= Kilogramo de aire seco

Ø4 = 60%

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H1 = Cp T1 + W1 hg1 H1 = 1,005 (10) + 5,322*10-3 (2519,1)= 23,4576 kJ/KgAS Punto 3 Vapor Saturado 100°C Tabla A-4

hg3 = 2675,6 kJ/Kg

Punto 4 T4 = 20°C

Tabla A-4

Ø4 = 60%

Pv4 = Ø4 Pg4

Pg4 = 2,3392 kPa

Pv4 = 0,6*2,3392 = 1,40352 kPa W4 = 0,622 Pv4 / (P-Pv4) = 0,622 (1,40352)/(101,325-1,40352) = 8,73675*10-3 Kg/KgAS Hg4 = 2500,9 + 1,82 (T4) Hg4 = 2500,9 + 1,82 (20) = 2537,3 kJ/Kg H4 = Cp T4 + w4 hg4 H4 = 1,005 (20) + 8,73675*10-3 (2537,3) = 42,2677 kJ/ KgAS a) T2 = ? Ø2 = ? Balance de Energía H3 + H2 = H4 M  h  + m  H  = m  H

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 b) Q° = ? Calentador Q° = (h2 - h1) mas Q° = (33,13 –  23,4576)   23,4576) (43,248) Q° = 418,32 kJ/min

c) mh2o = ? es el que ingresa mh2o = (w4 –  w2)  w2) mas mh2o = (8,7367x10-3 –  5,32*10  5,32*10-3) (43,248) mh2o = 0,1477 Kg/min

Bibliografía IACC (2018). Mezcla de gases, gases-vapores y acondicionamiento de aire. Termodinámica. Semana 7.