CAPITULO I

UNIDADES

1.- La capacidad calorífica suele darse en términos de funciones polinómicas de la temperatura.

La ecuación para el amoniaco ( NH3 ) es :

Cp = 0.494 + 2.29 x 10-4

T(ºF)

donde T está en ºF y Cp en Btu/lbm ºF .

Convierta la ecuación de modo que T este en C y Cp se obtenga en Joule/g mol oR

2.- Flujo de masa a través de una boquilla sónica es una función de la presión y temperatura del

gas. Para una presión " P " y temperatura " T " el flujo de masa a través de la boquilla esta

dado por :

m = 0.0549 P / T0.5

+ 1 donde m está en lbm/min, P está en psia y T en °R.

a.- Determine cuales son las unidades de 0.0549 y 1

b.- ¿ Cuál debe ser las nuevas unidades y valores de las constantes si las nuevas unidades

son m en kgm/s , P en N/m2 y T en K

3.- Materiales de tamaño Nano han venido ha ser investigados en la última década por su

potencial uso en semiconductores, medicina, detectores de proteínas y transporte del

electrón. La Nanotecnología es el término genérico que refiere a la síntesis y aplicación de

tales tamaños de partículas. Un ejemplo de un semiconductor es el ZnS con un tamaño de

partícula de 1.8 nanometros. Convertir este valor a :

a.- Decímetros

b.- Pulgadas

4.- La mayor parte de los procesos para producir gas o gasolina con alto contenido de energía

con alto contenido de energía a partir de carbón incluyen algún tipo de paso de gasificación

para obtener hidrógeno o gas de síntesis. Se prefiere la gasificación a presión por su mayor

rendimiento de metano y más alta tasa de gasificación.

Considerando que una muestra de 50 kg de gas produce 10% de H2 , 40% de CH4 , 30% de

CO y 20% de CO2 ¿ Cuál es el peso molecular medio del gas ?

5.- En sistemas biológicos, las enzimas son usadas para acelerar la velocidad de reacción . La

glucoamilasa es una enzima que ayuda en la conversión del almidón a glucosa ( un azúcar

que las células usan como energía ). Experimentos presentan que 1 μg mol de glucoamilasa

en un 4% de solución de almidón resulta en una producción de glucosa de 0.6 μg

mol/(mL)(min). Determinar la producción de glucosa para este sistema en las unidades de

lb mol/(ft3)(día).

PUNTO DE ROCIO, HUMEDAD RELATIVA

6.- Se recicla aire caliente que se usa para secar productos farmacéuticos en un sistema cerrado

para evitar la contaminación de material húmedo con impurezas atmosféricas. En el primer

paso de acondicionamiento del aire 5000 kg mol /h a 105 kPa y 42°C con humedad relativa

del 90% se alimentan a un condensador para eliminar parte del agua que capturó

previamente en el secador. El aire sale del condensador a 17°C y 100 kPa con un contenido

de 91 kg mol / h de vapor de agua. A continuación el aire se calienta en un intercambiador

de calor a 90°C, y de ahí pasa al secador. Para cuando el aire sale del secador, la presión

del flujo ha bajado a 95 kPa y a la temperatura es de 82°C. Luego se comprime el aire para

cerrar el circuito.

a.- ¿ Cuantos kg mol de vapor de agua entran en el condensador por hora ?

b.- ¿ Cuál es la velocidad de flujo del agua condensada en kg / h ?

c.- ¿ Cuál es el punto de rocío del aire en la corriente que sale del condensador ? Explique

d.- ¿ Cuál es punto de rocío del aire en la corriente que entra al secador ? Explique

7.- A fin de acondicionar el aire en un edificio de oficinas durante el invierno, se introducen en

el proceso 1000 m3 de aire húmedo a 101 kPa y 22°C, y con un punto de rocío de 11°C . El

aire sale del proceso de 98 kPa con un punto de rocío de 58°C. ¿ Cuántos kilogramos de

vapor de agua se agregan a cada kilogramo de aire húmedo que ingresa en el proceso ?.

8.- En un establecimiento de lavado en seco se hace pasar aire seco caliente por un tambor

giratorio que contiene ropa hasta que se elimina por completo el disolvente a 120°F. Puede

suponerse que el solvente es solo n-octano ( C8H18 ) . Si el aire se satura con n-octano,

calcular las libras de aire requeridas para evaporar una libra de n-octano a 120°F.

9.- Se debe establecer un sistema para acondicionar el aire de un local en donde se extrae aceite

de ajonjoli. El proceso completo consta de un precalentador, humidificador y recalentador.

A la entrada del proceso se tiene aire a 27°C con una humedad de 0.0072 kg de agua / kg

de aire seco. Para el local se requieren 340 m3 / min de aire a 30°C y con una humedad de

0.0166 kg de agua / kg de aire seco. A la salida del humidificador se tiene una humedad

relativa de 85%. Calcular :

a.- La cantidad de agua que debe absorber el aire

b.- La temperatura de salida del aire en el humidificador

c.- La temperatura de precalentamiento

10.- El aire en un edificio debe mantenerse a 25°C, con una humead relativa de 45%. El aire

entra en una cámara de dispersión a 32°C y 77% de humedad relativa, sale de la cámara

enfriado y saturado con vapor de agua y se calienta a 25°C.

a.- Calcular la temperatura del aire que sale de la cámara de dispersión

b.- Calcular los kg de agua que se añadieron o extrajeron por cada kg de aire seco

11.- Se desea mantener el aire que entra a un edificio a temperatura constante de 75°F y 40%

de humedad relativa. Esto se lleva a cabo pasando el aire a través de rociadores donde se

enfría y satura con agua. El aire sale de los rociadores de agua y es calentado a 75°F.

a.- ¿ Cuál es la temperatura del aire a la salida de los rociadores ?

b.- Estime el contenido de humedad en el edificio

c.- Si el aire entra a los rociadores a 90°F y 65% Hr ¿ Cuánto de agua se evapora o

condensará en la cámara de rociadores por libra de aire seco.

12.- La presión parcial del vapor de agua en una mezcla aire-agua es de 11 mmHg, cuando la

temperatura de la solución gaseosa es de 50oC ¿ Cuál será la humedad, la humedad relativa,

su volumen húmedo y su entalpía?. La presión atmosférica es de 760 mmHg .

13.- En una mezcla de benceno y nitrógeno que está a 40°C y 720 mmHg ( la presión parcial

del benceno es 50 mmHg . Para separar el 80% del benceno presente en la mezcla se

somete ésta a compresión y enfriamiento. Calcular :

a.- La presión final si se enfría hasta 10°C

b.- El volumen inicial requerida para condensar 50 kg de benceno

14.- Un gas húmedo a 30°C y 100 kPa con una humedad relativa de 75% se comprimió a 275

kPa y luego se enfrió a 20°C ¿ Cuántos m3 del gas original se comprimieron si se

obtuvieron 0.341 kg de condensado ( agua ) del separador conectado al enfriador ?

15.- En una mezcla gaseosa hay 0.0083 lbmol de vapor de agua por cada lb mol de CH4 seco a

una temperatura de 80°F y una presión total de 2 atm.

a.- Calcule la saturación relativa de esta mezcla

b.- Calcule el porcentaje de saturación de la mezcla

c.- Calcule la temperatura a la que ha de calentarse la mezcla para que la saturación relativa

sea del 20%

16.- Se trata un aire que se usa para secar productos farmacéuticos. En el primer paso de

acondicionamiento para el aire, entran 5000 kg mol / h a 105 kPa y 42C con humedad

relativa del 90% a un condensador para eliminar parte del agua. El aire sale del

condensador a 100 kPa con un contenido de 91 kg mol / h de vapor de agua. A

continuación, el aire se calienta en un intercambiador de calor a 82C y 92 kPa. a.- ¿Cuál es la velocidad de flujo del agua condensada en kg / h?

b.- ¿Cuál es el punto de rocío del aire que sale del condensador?

c.- ¿Cuál es el punto de rocío del aire en la corriente que sale del intercambiador de calor?

82°C

92 kPa

91 kg mol H2O / h

100 kPa

5000 kg mol aire/ h

105 kPa

42°C

Hr = 90%

Condensador

Intercambiador

de calor

CARTA PSICROMÉTRICA

17.- Aire a 38°C bulbo seco y 27°C bulbo húmedo se lava con agua para eliminar el polvo. El

agua se mantiene a 24°C . Suponga que el tiempo de contacto basta para que el aire y el

agua lleguen al equilibrio. A continuación el aire se calienta a 93°C pasándolo por

serpentines de vapor de agua y se utiliza en un secador rotatorio adiabático del cual sale a

49°C. Puede suponerse que el material por secar entra y sale a 46°C. El material pierde

0.05 kg de agua por kg de producto. Se produce un total de 1000 kg/h.

a.- ¿ Cuál es la humedad 1.- Del aire inicial

2.- Después del rociado de agua

3.- Después del recalentamiento

b.- ¿ Cuál es la humedad relativa en cada uno de los puntos de la parte a ?

c.- ¿ Qué peso total de aire seco se usa por hora ?

d.- ¿ Qué volumen total de aire sale del secador ?

e.- Determinar el proceso que sigue el aire en la carta psicrométrica

18.- Ud. ha sido contratado para rediseñar una torre de enfriamiento de agua que tiene un

soplador que insufla aire por la parte inferior de la torre a un flujo volumétrico de 8.3 x 106

ft3 / h de aire húmedo (a 80°F y una temperatura de bulbo húmedo de 65°F). La mezcla

gaseosa sale por la parte superior de la torre a 95°F y 90°F de bulbo húmedo. ¿ Cuánta

agua puede ser enfriada en lb / h, si el agua entra a la cúspide de la torre a 120 °F y sale por

la parte inferior de la misma a 90°F.

19.- La figura muestra una instalación de carga de butano típica, ya sea de un carro tanque y un

camión tanque. A fín de evitar explosiones a la entrada del quemador, debe agregarse al

butano una cantidad de aire (como se muestra en la figura) a fin de mantener la

concentración de butano por debajo del límite explosivo inferior (LEL) de 1.9%. El gas

butano que sale del sello de agua tiene una concentración de 1.5%, y está saturado con

agua a 20°C. La presión del gas que sale del sello de agua es de 120 kPa.

Si la alimentación de butano debido a los carro y camión tanque es de 300 cm3/min a 20°C

y 100 kPa.

¿Cuántos m3 de aire a 20°C y 100 kPa deberá succionar el quemador a través del sistema

por día?

Nota : No olvidar que todo paso para usar ecuaciones y tablas tiene que ser explicado

Entrada

de aire

Entrada

de aire

Industrias de Procesos Químicos

Parte de una posible lista de procesos importantes es la siguiente :

Industria Productos típicos Usos

Químicos Inorgánicos

Acido sulfúrico Acido Nítrico Hidróxido de sodio

Fertilizantes, Químicos, Refinación del petróleo,

Pigmentos y Pinturas, Procesado de Metales,

Explosivos, etc. Explosivos, Fertilizantes Químicos, Rayon y procesamiento de películas,

Refinación del petróleo, Procesamiento de pulpa

y Papel, lejía, limpiadores, jabones,

procesamiento de metales

Químicos Orgánicos

Anhídrido acético Etilen glicol

Formaldehído Metanol

Rayón, resinas y plásticos Anticongelantes, Celofán, dinamita, Fibras

sintéticas Plásticos Producción de formaldehido, anticongelante,

Solvente

Petróleo y Petroquímicos

Gasolina Queroseno (Kerosene,

Kerosén) Aceites Amoníaco Alcohol etílico Sulfonato de alquil arilo Estireno

Combustible para motores y automotores Combustible para aviones

Lubricantes, medios de calentamiento Fertilizantes, Químicos Producción de acetaldehido, solvente, Químicos Detergente Hule sintético, plástico

Pulpa y Papel

Papel Cartón Fibra de madera

Libros, periódicos, registros, etc. Cajas, empaques, etc. Material de construcción

Pigmentos y pinturas

Oxido de zinc Dióxido de titanio Carbón negro Cromato de plomo Aceite de semillas Resinas fenólicas Resina alquídica

Pigmentos para pinturas, tinta, plásticos, hules,

caucho, cerámica, linóleo

Aceites secantes Lacas, barnices, esmaltes

Hules, goma,caucho

Hule natural (isopreno) Hule sintético (GR-S, Neopreno,butilo)

Llantas para vehículos en general, moldeado y laminado (usos diversos), Zapatos,

aisladores eléctricos, etc

.

Industria Productos típicos Usos

Plásticos

Formaldehido fenólico Poliestireno Metacrilato de poli etilo Cloruro de polivinilo Polietileno Poliesteres

Varios usos en diversas áreas, para

la elaboración de productos

plásticos y otros

Fibras sintéticas

Rayón Nylon Poliesteres Acrílicos

Telas, vestidos, recubrimientos

Minerales

Vidrios, cerámica, cemento

Ventanas, contenedores, ladrillo,

concreto, etc.

Agentes limpiadores

Carbón Jabones Detergentes sintéticos (Alkil-aril

sulfonato de sodio) Agentes humectantes

Limpiadores domésticos e

industriales

Bioquímicos

Productos farmacéuticos y drogas Productos de fermentación:

Penicilina Alcohol etílico Productos alimenticios

Aplicación general en

medicamentos

Usos medicinales (antibiótico) Solvente y bebidas Sustento humano

Metales

Acero Cobre Aluminio Zirconio Uranio

Materiales de construcción,

fabricación de maquinaria,

infinidad de usos

Combustible nuclear

Diagrama de bloques

TABLA DE VAPOR

PRESIÓN DE VAPOR

Para el estado del sistema gas-vapor antes de llegar al estado de equilibrio se definen los

siguientes términos :

Saturación relativa

Saturación molal

Humedad

Saturación Absoluta

Cuando se trata del sistema aire - agua vapor , los términos " Saturación " se denominan

" Humedad ".

Relativa SaturaciónP

P

sat

vaporRS

Pvapor : Presión parcial de vapor en la mezcla de gases Psat : Presión parcial del vapor en la mezcla de gases

si el gas estuviera saturado a la temperatura

dada de la mezcla ( presión de vapor saturado )

MolalSaturación

n

n

MS

vaporde libre gas

vapor

nvapor : moles de vapor en la mezcla de gases

ngas libre de vapor : moles de gas libre de vapor

seco gasx seco gas

vaporx vapor

seco o vapor de libre gas

vapor

molecular peson

molecular peso n

masa

masaH

saturado

real

vaporde libre gas de moles

vaporde moles

vaporde libre gas de moles

vaporde moles

AS

Temperatura de bulbo húmedo obtenido con un

psicrómetro de honda

Carta psicrométrica que presenta las propiedades del aire húmedo :

Enthalpy at saturation ( h´ ) : Entalpía del aire saturado (Btu/lb de a.s.)

Enthalpy deviation : Desviación de la entalpía

Dew point : Punto de rocío ( ºF )

Relative humidity : Humedad relativa

Moisture content : Contenido de humedad o humedad (lb H2O(v)/lb a.s.)

Wet bulb temperature : Temperatura de bulbo húmedo ( ºF )

Specific volume : Volumen especifico ( ft3 / lb a.s. )

Dry bulb temperature : Temperatura de bulbo seco (ºF )

Proceso de

calentamiento

Enfriamiento

evaporativo o spray

Proceso de

deshumidificación

Torre de

enfriamiento

Proceso de secado con

recirculación