Fidel Mato – U.Va 2003

2.0

Dedúzcanse ecuaciones para las constantes a y b de la ecuación de estado de Berthelot :

p = RT/(V - b) - a/(TV2) en función de la temperatura crítica y la presión crítica y utilícense para calcular la densidad que predice la ecuación de Berthelot para el CO2 a 50 ºC y 50 atm. Compárese el resultado del apartado anterior con la densidad que predice la ecuación de van der Waals.

[ a = 27R2Tc3/64pc ,, b = RTc/8pc ,, 1)102.1 kg/m3 ,, 2) 105.2 kg/m3 ]

2.1 Se desea construir un tanque de espera esférico cuya presión máxima de trabajo será de 150 atm, para almacenar temporalmente 125 kg de CO2. La temperatura máxima que puede alcanzar el CO2 es de 200 ºC. Estímese el diámetro interior del tanque, utilizando:

1. La ecuación del gas ideal. 2. La gráfica generalizada del factor de compresibilidad. 3. La ecuación de van der Waals. 4. La ecuación de Redlich-Kwong.

[ 1) 1.120 m ,, 2) 1.064 m ,, 3) 1.046 m ,, 4) 1.062 m ]

2.2 Predígase la densidad, en kg/m3, del n-hexano a 25 ºC y 1 atm con las ecuaciones de:

1. van der Waals y 1a. VdW 2. Redlich-Kwong 3. Soave-Redlich-Kwong 4. Peng-Robinson

El valor experimental es 656 kg/m3 . [ 1) 377 ,, 1a) 654 ,, 2) 556 ,, 3) 608 ,, 4) 649 ]

2.3 Calcúlese la presión de vapor del cloruro de metilo a 322ºK utilizando la ecuación de van der Waals original y modificada por Soave. El valor experimental es 10.49 atm. Tómese Pc=66.8 bar y Tc=416.3ºK.

[21.9 bar , 10.96 bar]

Termodinámica aplicada a la Ingeniería Química

Problemas Tema 2Ecuaciones de estado

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2.4

Calcúlese la densidad del benceno como líquido saturado a la temperatura de 30 ºC utilizando:

1. La ecuación de van der Waals original. 2. La ecuación de Peng-Robinson.

Compárense los resultados obtenidos con el valor experimental (0.8685 g/cm3) [ 2) 0.9013 g/cm3]

2.5

Estímense las densidades del n-butano como líquido y vapor saturados a la temperatura de 20 ºC, utilizando las ecuaciones de van der Waals y de Peng-Robinson.

[PR: Liq) 609 kg/m3 ,, Vap) 5.2716 kg/m3 ] 2.6

Se dispone de los siguientes datos para el vapor de metanol saturado a dos temperaturas diferentes:

• T = 140 ºC, p = 10.84 atm, densidad = 0.01216 g/ml • T = 230 ºC, p = 68.04 atm, densidad = 0.1187 g/ml

Calcúlense, a partir de estos datos, los valores de las constantes críticas que predice la ecuación de van der Waals para el metanol, y compárense con datos tomados de la bibliografía : Tc = 512.6 K, pc = 79.9 atm, Vc = 0.118 l/mol.

[ Tc = 478 K ,, pc = 33.6 atm ,, Vc = 0.438 l/molg ] 2.7

Se dispone de una botella de gases que, de acuerdo con la certificación del fabricante, contiene 15 kg de etileno cuando su manómetro señala una presión de 1250 psig. La botella ha de utilizarse para almacenar metano y se desea calcular el contenido de este gas para las siguientes lecturas del manómetro : 100, 500, 1000 y 1500 psig. Las condiciones ambientales para las que se llevó a cabo la certificación del fabricante fueron 700 mm Hg y 20 ºC . Realícense los cálculos utilizando las ecuaciones de estado de: 1) van der Waals y 2)Redlich-Kwong.

[ 1) 0.301 , 1.448 , 3.101 , 4.976 ,, 2) 0.260 , 1.240 , 2.603 , 4.076 ]

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2.8 En el Handbook de Perry se dan los siguientes valores de los volúmenes específicos del líquido y del vapor saturado de isobutano a 100 psia y 123.8 ºF: VL = 0.03088 ft3/lb , VV = 0.8949 ft3/lb. Calcúlense los valores que para dichos volúmenes específicos predicen las ecuaciones de estado :

1. van der Waals 2. Redlich-Kwong 3. Soave-Redlich-Kwong 4. Peng-Robinson

2.9 Calcúlese la densidad, en kg/m3, a 400 atm y 300 ºC de una mezcla de H2 y N2 con una relación molar de H2/N2 = 3 , utilizando:

1. La ecuación de van der Waals. 2. La gráfica generalizada del factor de compresibilidad. 3. La ecuación de Redlich-Kwong. 4. La ecuación de Peng-Robinson.

Compárense los resultados con el valor 78.44 kg/m3 reseñado por Bartlett y Gaddy. Tómense los valores de 0.0 y 0.040 para los factores acéntricos de H2/N2, respectivamente.

[ 1) 75.74 ,, 2) 75.08 ,, 3) 78.36 ,, 4) 77.75 ]

2.10 Estímese la densidad, en kg/m3, de una mezcla del 39.5 % en moles de propano con benceno, a 204.45 ºC y 2829 kPa utilizando:

1. La ecuación de Redlich-Kwong. 2. La gráfica generalizada del factor de compresibilidad.

Compárense los resultados con el valor experimental de 64.64 kg/m3 . [ 1) 61.57 ,, 2) 62.26 ]