martes, 31 de diciembre de 2013

Lectura de presión de vacío

Los animales pequeños, como los ratones, pueden vivir a presiones reducidas de hasta 20kPa (aunque incómodos). En un experimento, un manómetro de mercurio se conecta a un tanque como se muestra en la figura E 1.23 e indica una lectura de 64.5 cm Hg, mientras que el barómetro indica 100 kPa. Sobrevivirán los ratones?

lunes, 30 de diciembre de 2013

Ejemplo 2 Conversión de presión

El aire fluye por un ducto sometido a una succión de 4.0 cm H2O. El barómetros indica que la presión atmósferica es de 730 mm Hg. Cuál es la presión absoluta del gas en pulgadas de mercurio? Vease la figura



domingo, 29 de diciembre de 2013

Conversión de presión (I)

El medidor de presión de un tanque de CO2 que se usa para llenar botellas de agua gaseosa presenta la lectura de 51.0 psi. Al mismo tiempo, el barómetro indica 28.0 pulg Hg. Cuá es la presión absoluta dentro del tanque en psia?


sábado, 28 de diciembre de 2013

Nunca debemos confundir la atmósfera estándar con la presión atmosférica (II)

ES fácil convertir de un conjunto de unidades de presión a otro empleando pares de atmósferas estándar como factores de conversión, como se hace en seguida para convertir 25 psia a pulgadas de mercurio y kPa empleando relaciones de la atmósfera estándar para efectuar las conversiones.

viernes, 27 de diciembre de 2013

Nunca debemos confundir la atmósfera estándar con la presión atmosférica

La atmósfera estándar se define como la presión (en un campo gravitacional estándar) equivalente a 1 atm o 760 mm Hg a 0°C u otro valor equivalente, en tanto que la presión atmosférica es variable y debe obtenerse de un barómetro cada vez que se necesita. Es posible que la atmósfera estándar no sea igual a la presión barómetrica en ningún lugar del mundo, excepto quizá al nivel del mar en ciertos días, pero resulta extremadamente útil para convertir de un sistema de medición de la presión a otro (y para otras cosas que consideramos más adelante). En un problema, si no le dan la presión barométrica, por lo regular usted supone que la presión barométrica es igual a la atmósfera estándar, pero esta suposición no deja de ser una mera suposición.

Expresada en diversas unidades, la atmósfera estándar es igual a

1.000 atmósferas(atm)
33.91 pies de agua (ft H2O)
14.7 (14.696, en términos más exactos) libras por pulgada cuadrada absoluta (psia)
29.92 (29.921, en términos más exactos) pulgadas de mercurio (pulg Hg)
760.0 milímetros de mercurio (mm Hg)
1.013x10^5 pascales (Pa) o newtons por metro cuadrado (N/m²); o 101.3 kPa

jueves, 26 de diciembre de 2013

Presión Conceptos Principales (IV)

En lo que toca a las unidades de presión, la figura 1.11 muestra tres sistemas comunes: libras(fuerza) por pulgada cuadrada (psi), pulgadas de mercurio (pulg Hg) y pascales. Las libras por pulgada cuadrada absolutas normalmente se abrevian "psia", en tanto que "psig" se refiere a "libras por pulgada cuadrada manométricas" (pounds per square inch gauge). En el caso de las demás unidades, se debe tener cuidado de especificar claramente si son manométricas o absolutas; por ejemplo, indique "300 kPa absoluta" o "12cm Hg manométrica". Hay otros sistemas para expresar la presión; de hecho, el lector descubrirá que hay tantas unidades de presión distintas como formas de medir la presión. Entre los sistemas de uso más común están:

  1. Milímetros de mercurio (mm Hg)
  2. Pies de agua (ft H2O)
  3. Atmósferas (atm)
  4. Bares (bar): 100 kPa = 1bar
  5. Kilogramos (fuerza) por centímetro cuadrado (kgf/cm²), una medida común pero teóricamente prohibida en el SI.

miércoles, 25 de diciembre de 2013

Presión Conceptos Principales (III)

Otro término que se aplica al medir la presión, y que se ilustra en la figura 1.11, es el vacío. De hecho, cuando medimos la presión como "pulgadas de mercurio de vacio" invertimos la dirección acostumbrada y medimos desde la presión barométrica hacia la presión absoluta cero, en cuyo caso un perfecto vacío sería la medida de vacío más alta que pudiera obtenerse. El sistema de medición de la presión de vacío se usa comúnmente en los aparatos que trabajan a presiones menores que la atmosférica, como un evaporador de vacío o un filtro de vacío. Las presiones que sólo están un poco por debajo de la presión barométricas a veces pueden expresarse como una "succión" en pulgadas de agua; como, por ejemplo, en el suministro de aire a un horno o a una torre de enfriamiento por agua.

Siempre debemos tener presente que el punto de referencia o el punto cero de las escalas de presión relativa no es constante. La relación entre la presión absoluta y la relativa está dada por la siguiente expresión:

presión manométrica + presión barométrica = presión absoluta.


martes, 24 de diciembre de 2013

Presión Conceptos Principales (II)

Si se toma una lectura con una columna de mercurio como se ilustra en la figura 1.8 con el recipiente abierto a la atmósfera, el dispositivo se llama barómetro, y la lectura de la presión atmosférica recibe el nombre de presión barométrica.

En todos los dispositivos para medir la presión representados en las figuras 1.7 y 1.8 el fluido está en equilibrio; es decir, se alcanza un estado de balance hidrostático en el que el fluido del manómetro se estabiliza, y la presión ejercida sobre el fondo del tubo en "U" en la parte del tubo abierto a la atmósfera o el vacío cotrarresta exactamente la presión ejercida sobre el fondo del tubo en "U" en la parte del tubo conectada al tanque de N2. El agua y el mercurio son fluidos indicadores que se usan comúnmente en los manómetros, de modoque las lecturas se pueden expresar en "centimetros o pulgadas de agua", "centímetros o pulgadas de mercurio", etc. (En los cálculos ordinarios de ingeniería, al hacer mediciones de presión ignoramos la presión de vapor del mercurio y los cambios en la densidad de este líquido debidos a cambios en la temperatura.)

Otro tipo de dispositivo medidor común es el manómetro de Bourdon visual (Fig, 1.9), que normalmente (pero no siempre) indica una presión cero cuando está abierto a la atmósfera. El elemento sensor de presión del manómetro de Bourdon es un tubo metálico delgado con sección transversal elíptica cerrado en un extremo doblado para formar un arco. Conforme se incrementa la presión en el extremo abierto del tubo, éste trata de enderezarse, y su movimiento se convierte por medio de engranes y palancas en el movimiento de un puntero sobre una carátula. La figura 1.10 indica los intervalos de presión de los distintos dispositivos medidores de presión.


lunes, 23 de diciembre de 2013

Presión Conceptos Principales (I)

En ingeniería, a una columna de líquido suele llamársele cabeza del líquido, y la cabeza se refiere a la altura de la columna. Así, la presión de la columna de mercurio se podría expresar simplemente como 50 cm Hg, y la presión sobre la superficie inferior de la columna sería de 50 cm Hg + po (en cn de Hg).

Las presiones, al igual que las temperaturas, se pueden expresar en escalas tanto absolutas como relativas. El hecho de que un dispositivo para medir la presión mida la presión absoluta o la relativa depende de la naturaleza del instrumento medidor. Por ejemplo, un manómetro de extremo abierto (Fig. 1.7a) mediría una presión relativa (presión manométrica), ya que la referencia es la presión de la atmósfera sobre el extremo abierto del manómetro. Por otro lado, si cerramos el extremo del manómetro (Fig. 1.7b) y creamos un vacío en el extremo estaremos midiendo contra un vacío perfecto, o contra "ausencia de presión"; po de la ecuación (1.9) será cero. Esta medición se denomina presión absoluta. Como la presión absoluta se basa en un vacío perfecto, es decir, un punto de referencia que no cambia con el lugar, la temperatura, el clima u otros factores, la presión absoluta establece un valor preciso e invariable que se puede identificar fácilmente. Así pues, el punto cero de una escala de presión relativa por lo regular corresponde a la presión del aire que nos rodea en todo momento y, como ya sabe el lector, ésta varía ligeramente.

domingo, 22 de diciembre de 2013

Presión Conceptos Principales

La presión se define como "fuerza normal por unidad de área". Examine la figura 1.6. La atmósfera ejerce una presión sobre la parte superior del cilindro de agua, y el agua misma ejerce presión sobre la base del cilindro.

La presión en el fondo de la columna estática (sin movimiento) de agua ejercida sobre la superficie inferior es:

p = (F/A) = ρgh + po

donde p = presión en el fondo de la columna de fluido
          F = Fuerza
         A = área
         ρ = densidad de fluido
         g = acelaración debida a la gravedad
         h = altura de la columna de fluido
         po = presión en la parte superior de la columna de fluido

sábado, 21 de diciembre de 2013

Presión


  • Definir la presión, la presión atmosférica, la presión barométrica, la presión estándar y el vacío.
  • Explicar la presencia entre presión absoluta y presión relativa (manométrica)
  • Citar cuatro formas de medir la presión.
  • Convertir una presión manométrica en absoluta y viceversa
  • Convertir una presión de un conjunto de unidades a otro, incluidos kPa, mm Hg, pulg H2), atm, pulg Hg y psi empleando la atmósfera estándar o la relación de densidades de líquidos.
  • Calcular la presión a partir de la densidad y la altura de una columna de fluido.

viernes, 20 de diciembre de 2013

Ideas claves de temperatura


  1. La temperatura es una medida del estado térmico de una sustancia
  2. Los ingenieros usan escalas de temperatura tanto absolutas (°R,K) como relativas (°C, °F).
  3. La conversión de una escala a otra sigue siendo necesaria porque todavía no hay una escala que goce de aceptación universal.
  4. El grado unitario se representa con el mismo símbolo que la temperatura respectiva (Δ°C es °C , Δ°F es °F, ΔK es K y Δ°R es °R), de modo que hay que tener mucho cuidado al convertir  temperaturas y unidades expresadas como "por grado"

jueves, 19 de diciembre de 2013

Retrospectiva de temperaturas

En esta sección distinguimos entre las escalas de temperatura absolutas y relativas. Los ejemplos de conversión de una escala a otra, así como las aplicaciones, indican la necesidad de ser cautelosos al aplicar el mismo símbolo (°F, °C, °R, K) tanto a la unidad de temperatura como a la enumeración de las unidades relativa a un punto de referencia.

miércoles, 18 de diciembre de 2013

Ejemplo 3 conversión de temperatura

La capacidad calorífica del ácido sulfúrico dada en un manual tiene las unidades J/(gmol)(°C) y está dado por la relación

capacidad calorífica = 139.1 + 1.56x10^-1T

Donde T se expresa en °C. Modifique la fórmula de modo que la expresión resultante tenga asociadas las unidades de Btu/(lb mol)(°R) y T esté en °R

martes, 17 de diciembre de 2013

Ejemplo 2 conversión de temperatura

La conductividad térmica del aluminio a 32°F es 117 Btu/(h)(ft²)(°F/ft). Calcule el valor equivalente a 0°C en términos de Btu/(h)(ft²)(K/ft).

lunes, 16 de diciembre de 2013

domingo, 15 de diciembre de 2013

Temperatura Conceptos Principales (IV)

ASí pues, cuando citamos la temperatura de una sustancia estamos indicando el número de unidades de la escala de temperatura que ocurren (una enumeración de ΔT) medidas a partir del punto de referencia.

Desafortunadamente, el uso de los símbolos Δ°C, Δ°F, ΔK y Δ°R no estándar, y se suprime el simbolo Δ. Unos cuantos libros tratan de mantener la diferencia entre los grados de temperatura (°C, °F, etc.) y el grado unitario asignado a este último el simbolo C°, F°, etc., pero en la mayor parte de las publicaciones periódicas y los textos se usa el mismo símbolo para las dos cantidades. En consecuencia, el significado correcto de los símbolos °C, °F, K y °R, como la temperatura, o bien como la diferencia de temperatura unitaria, se debe inferir del contexto de la ecuación o enunciado que se está examinando.

Si el lector no está perfectamente familiarizado con la conversión de temperaturas, debe practicarla hasta que se convierta en una rutina. Muchas calculadoras y computadoras realizan las conversiones automáticamente, pero debemos tener presente que:

sábado, 14 de diciembre de 2013

Temperatura Conceptos Principales (III)

Es preciso reconocer que el grado unitario (esto es, la diferencia de temperatura unitaria) en la escala kelvin-Celsius no tiene el mismo tamaño que en la escala Rankine-Fahrenheit. Si Δ°F representa la diferencia de temperatura unitaria en la escala Fahrenheit, Δ°R la diferencia de temperatura unitaria en la escala Rankine, y Δ°C y ΔK las unidades análogas en las otras dos escalas, hay que tener presente que

viernes, 13 de diciembre de 2013

Temperatura Conceptos Principales (II)

Las escalas de temperatura absoluta tienen su punto cero en al temperatura más baja que creemos puede existir. Como quizá sepa el lector, esta temperatura mínima se relaciona tanto con las leyes de los gases ideales como con las leyes de la termodinámica. La escala absoluta se divide en unidades de grado del mismo tamaño que las de la escala Celcius (centígrado) se denomina escala kelvin; la escala absoluta que corresponde a las unidades de grado Fahrenheit se denomina escala Rankine en honor de W.J.M. Rankine (1820-1872), un ingeniero escocés. Las relaciones entre la temperatura absoluta y la temperatura relativa se ilustra en la figura 1.5. Redondearemos el cero absoluto en la escala Rankine de -459.67°F a -460°F; de manera similar, -273.15°C se redondeará a -273°C. En la figura 1.5 se han redondeado todos los valores de temperaturas, pero es posible usar cifras más significativas. La tempertura de 0°C y sus equivalentes se conocen como condiciones estándar de temperatura.

jueves, 12 de diciembre de 2013

Temperatura Conceptos Principales (I)

Nuestro concepto de temperatura sin duda se originó con nuestra sensación fisica de lo frío y lo caliente. La temperatura se puede definir rigurosamente si se tiene conocimientos de termodinámica, pero aquí nos limitaremos a parafrasear la definición de Maxwell.

La temperatura de un cuerpo es una medida de su estado térmico considerado como su capacidad para transferir el calor a otros cuerpos.

El estado térmico puede medirse con una amplia gama de instrumentos, como se indica en la figura 1.4.1 En este libro usaremos cuatro medidas de la temperatura, dos basadas en una escala relativa (grados Celsius y Fahrenhei) y dos basadas en una escala absoluta (kelvin y grados Rankine).

miércoles, 11 de diciembre de 2013

Temperatura


  1. Definir la temperatura
  2. Explicar la diferencia entre temperatura absoluta y temperatura relativa
  3. Convertir una temperatura dada en cualquiera de las cuatro escalas (°C, K, °F, °R) a las otras.
  4. Convertir una expresión en la que intervienen unidades de temperatura y diferencia de temperaturas a otras unidades de temperatura y diferencia de temperaturas.
  5. Conocer los puntos de referencia para las cuatro escalas de temperatura.

Ejemplo Presión

Supongamos que el cilindro de fluido de la figura 1.6 es una columna de mercurio que tiene un área de 1 cm² y 50 cm de altura. De la tabla D.1 obtenemos que el p.e.r. a 20°C, y por tanto la densidad del Hg, es 13.55 g/cm³. Por tanto, la fuerza ejercida exclusivamente por el mercurio sobre la sección de 1cm² de la superficie inferior es

martes, 10 de diciembre de 2013

Base de Calculo - Ideas Clave

La habilidad para escoger la base de cálculo que requiere el minimo de pasos para resolver un problema sólo se adquiere con la práctica. Es posible adquirir rapidamente la experiencia necesaria si, al examinar todos los problemas ilustrados en el presente texto, primero se determina mentalmente cuál debe ser la base de cálculo y luego se compara con la base de cálculo elegida en el libro. Con este procedimiento no tardará en adquirir la aptitud para escoger una base de cálculo conveniente.

lunes, 9 de diciembre de 2013

Ejemplo Cambio de base de cálculo

El análisis de un carbón bituminoso de grado medio produce los siguientes resultados.


domingo, 8 de diciembre de 2013

Es importante indicar la base de cálculo al principio del problema

Para tener siempre presente la verdadera naturaleza de los cálculos, y para que cualquier persona que revise la solución del problema puede entenderlo. Si se cambia de base de cálculo a la mitad del problema, se deberá indicar claramente la nueva base de cálculo elegida.

sábado, 7 de diciembre de 2013

Cómo escoger una base de cálculo (II)

La mayor parte de los procesos para producir gas o gasolina 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 50.0kg de gas produce 10.0% de H2, 40.0% de CH4, 30.0% de CO y 20.0% de CO2, Cu;a es el peso molecular medio del gas?

Solución

La base de cálculo obvia es 50.0 kg de gas ("de qué se va a partir"), pero si lo pensamos un poco veremos que una base de cálculo así no es adecuada. No podemos multiplicar el procentaje en moles de este gas por kg y esperar que el resultado tenga sentido. Por tanto, el siguiente paso consiste en escoger una "base de cálculo conveniente", que es 100 kg mol o lb mol de gas, y proceder como sigue:



viernes, 6 de diciembre de 2013

Cómo escoger una base de cálculo

Se ha efectuado la deshidrogenación de los alcanos inferiores empleando óxido cérico como catalizador. Cuál es la fracción en masa y la fracción molar de Ce y O en el catalizador.

Solución

Puesto que no se indica una cantidad específica de material, la pregunta, de qué se va a partir? No se aplica. Lo mismo sucede con la pregunta referente a la respuesta buscada. Una base de cálculo sensata y conveniente sería 1 kg mol por que conocemos la relación molar de Ce a O en el compuesto. Una base de cálculo de 1kg no nos conviene proque no conocemos la relación de masa de Ce a O. De hecho, tenemos que calcularla.


jueves, 5 de diciembre de 2013

Ha notado en ejemplos anteriores que las palabras base de cálculo han aparecido al principio de los cálculos?

Este concepto de base de cálculo es crucial tanto para entender cómo debe resolverse un problema como para resolverlo de la manera más expedita. La base de cálculo es la referencia que usted elige para los cálculos que planea efectuar para resolver un problema, y la elección de la base de cálculo correcta a menudo facilita considerablemente la resolución del problema. La base de cálculo puede ser un tiempo - horas, por ejemplo - o cierta masa de material - como 5Kg de CO2 - o alguna otra cantidad conveniente. Al seleccionar una base de cálculo (que en muchos problemas ya está determinada, pero que en otros tal vez no sea muy clara) debemos hacernos las siguientes preguntas:

  1. De qué se va a partir?
  2. Qué respuesta se requiere?
  3. Cuál es la base de cálculo más conveniente?
Estas preguntas y sus respuestas sugerirán las bases de cálculo adecuadas. En los casos en que al parecer hay más de una base de cálculo apropiada, lo mejor puede ser usar una base de cálculo unitaria de 1 o 100 de algo: kilogramos, horas, moles, pues cúbicos, etc..

En el caso de líquidos y sólidos en los que se emplea un análisis por peso, es frecuente que la base de cálculo óptima sea 1 o 100 lb o kg; de manera similar, 1 o 100 moles son menudo la mejor opción par aun gas. La razón de estas elecciones es que la fracción o porcentaje iguala automáticamente el número de libras, kilgramos o moles, respectivamente, con lo que se ahorra un paso de los cálculos.

miércoles, 4 de diciembre de 2013

Elección de una base de cálculo


  • Enunciar las tres preguntas que sirven para escoger una base de cálculo
  • Aplicar las tres preguntas a los problemas con el fin de elegir una base o secuencia de bases de cálculo apropiada. 
En esta sección explicaremos la forma de escoger una base de cálculo para la resolución de problemas.


martes, 3 de diciembre de 2013

Ideas clave de densidad, peso específico, fracción en masa y medidas de concentración.


  • La densidad es la masa de una sustancia por unidad de volumen.
  • El peso específico relativo es la relación de dos densidades. Dado el valor de la densidad  de referencia, es posible deducir la densidad del compuesto deseado.
  • En este blog las composiciones de líquidos y sólidos se darán en fracción o porcentaje en peso (masa),  en tanto que las composiciones de los grases se darán en fracción o porcentaje molar.
  • Es posible calcular un seudopeso molecular medio para una mezcla de componentes puros. 
  • Hay muy diversas formas de expresar la concentración.
  • En el análisis de seguridad, las medidas claves de propiedades peligrosas son toxicidad, inflamabilidad, reactividad, punto de inflamación y la temperatura de autoignición.

lunes, 2 de diciembre de 2013

Ejemplo Análisis de Riesgos

A una temperatura dada la mayor parte de los gases tiene un límite superior e inferior de inflamabilidad en oxígeno. Dentro de estos límites una flama se puede autopropagar (explosionar) después de la ignición. La figura E1.14 es un diagrama triangular que muestra las fracciones molares de O2, N1 y CH4 en una mezcla de gases. Desde cualquier punto del diagrama se puede leer sobre las líneas continuas siguiendo los pasos que se explican en seguida a fin de obtener la concentración de los componentes individuales. Desde el punto marcado con A, por ejemplo, para obtener la fracción molar de CH4 se lee a lo largo de la línea paralela al eje de N2 (obteniéndose 0.40); para obtener la fracción molar de O2 se lee a lo largo de la línea paralela al eje de CH4 (obteniéndose 0.20); y para obtener la fracción molar de N2 se lee a lo largo de la línea paralela al eje de O2 (obteniéndose 0.40). La región en la que puede haber explosiones es el triángulo por las líneas gruesas.

A fin de evitar la posibilidad de una explosión en un recipiente que contiene gas con una composición de 40% N2, 45% O2 y 15% CH4, la recomendación es diluir la mezcla de gas agregando una cantidad igual de N2 puro. Se logrará el objetivo?

domingo, 1 de diciembre de 2013

Temperatura de Autoignición

Otro factor que debe considerarse en ingeniería es la temperatura de autoignición (AIT) de un vapor o material combustible. La AIT es la temperatura más baja a al que una mezcla se enciende en ausencia de una chispa o flama. La figura 1.3 ilustra el concepto. A temperaturas elevadas, el oxígeno del aire comienza a interactuar con el material combustible, produciendo una reacción exotérmica. Además del análisis de riesgos, los estudios de autoignición son importantes para diseñar los motores de combustión en los que puede ocurrir "cascabeleo" por autoignición. Egolf y Jurs (1992) describen modelos que pueden servir para predecir la temperatura de autoignición de mezclas de gases.