En este capítulo estudiaremos los balances de energía, en especial los fundamentales necesarios para entenderlos y aplicarlos correctamente. Nos ocuparemos principalmente del calor, el trabajo, la entalpía y la energía interna, y de los balances de energía asociados a una reacción química.
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miércoles, 31 de diciembre de 2014
Balances de Energía
En este capítulo estudiaremos los balances de energía, en especial los fundamentales necesarios para entenderlos y aplicarlos correctamente. Nos ocuparemos principalmente del calor, el trabajo, la entalpía y la energía interna, y de los balances de energía asociados a una reacción química.
martes, 30 de diciembre de 2014
Ideas Clave Balances de materia que implican condensación y vaporización
- El método de análisis y resolución de los problemas de balance de materia en los que intervienen vaporización, condensación, humidificación y procesos similares es el mismo que se bosquejo en la tabla 3.1.
- La composición de las corrientes se puede expresar en términos de presiones parciales tan bien como con fracciones molares.
- Al condensarse el vapor de un gas saturado, el gas sigue saturado.
lunes, 29 de diciembre de 2014
En Retrospectiva Balances de materia que implican condensación y vaporización
domingo, 28 de diciembre de 2014
Solución Energia Interna
Ninguna de estas preguntas puede contestarse con las opciones que ofrecen. En cuanto a la pregunta a), la energía interna en sí no puede evaluarse; sólo puede evaluarse si cambio. Respecto a b), el cambio de la energía interna especifica depende de la temperatura, la fase el volumen específico, pero el cambio en la energía interna total depende también de la masa.
Conceptos principales Balances de materia que implican condensación y vaporización (V)
sábado, 27 de diciembre de 2014
Conceptos principales Balances de materia que implican condensación y vaporización (IV)
viernes, 26 de diciembre de 2014
Conceptos principales Balances de materia que implican condensación y vaporización (III)
Un aumento en la presión surte el mismo efecto. Si una libra de aire saturado a 75°F se comprime isotérmicamente (con una reducción en volumen, desde luego), se separará agua líquida del aire como cuando se exprime una esponja mojada. La presión de vapor del agua es de 0.43 psia a 75°F.
jueves, 25 de diciembre de 2014
miércoles, 24 de diciembre de 2014
Ejemplo Vaporización de los productos de la síntesis de amoniaco
martes, 23 de diciembre de 2014
Solución Balance de materia en el que interviene condensación
Pasos 1,2,3 y 4 Ya colocamos algunos de los datos en la figura E4.26
lunes, 22 de diciembre de 2014
Ejemplo Balance de materia en el que interviene condensación
domingo, 21 de diciembre de 2014
Solución Humidificación
Solución
Pasos 1,2,3 y 4 Los datos conocidos aparecen en la figura E4.25. Los datos adicionales que necesitamos son:
sábado, 20 de diciembre de 2014
Ejemplo Humidificación
viernes, 19 de diciembre de 2014
Solución Deshidratación
Pasos 1,2,3 y 4 La figura E4.24 contiene todos los datos conocidos
Paso 5 Podemos usar como base de cálculo W o el flujo A.
Base de cálculo: 1000 m³ de aire bien seco (BDA) a 20°C y 108.0 kPa.
jueves, 18 de diciembre de 2014
Ejemplo Deshidratación
miércoles, 17 de diciembre de 2014
Conceptos principales Balances de materia que implican condensación y vaporización (II)
martes, 16 de diciembre de 2014
Conceptos principales Balances de materia que implican condensación y vaporización (I)
lunes, 15 de diciembre de 2014
Temas por tratar Balances de materia que implican condensación y vaporización
domingo, 14 de diciembre de 2014
Balances de materia que implican condensación y vaporización
- Resolver problemas de balances de materia en los que intervienen la vaporización y la condensación.
sábado, 13 de diciembre de 2014
Saturación Ideas Clave
- El vapor en gas parcialmente saturado se condensa cuando se llega a la saturación (punto de rocío)/
- Se usan diferentes medidas para expresar la saturación parcial, todas las cuales son equivalentes.
viernes, 12 de diciembre de 2014
Saturación En Retrospectiva
jueves, 11 de diciembre de 2014
miércoles, 10 de diciembre de 2014
SAturación parcial
martes, 9 de diciembre de 2014
Punto de rocío
lunes, 8 de diciembre de 2014
Saturación (humedad) "absoluta"; porcentaje de saturación (humedad)
domingo, 7 de diciembre de 2014
Humedad
sábado, 6 de diciembre de 2014
SAturación molal
viernes, 5 de diciembre de 2014
Solución Aplicación de la humedad relativa
jueves, 4 de diciembre de 2014
Aplicación de la humedad relativa
miércoles, 3 de diciembre de 2014
Saturación relativa (II)
martes, 2 de diciembre de 2014
lunes, 1 de diciembre de 2014
Conceptos Principales Saturación parcial y humedad
Esta condición se denomina saturación parcial. Lo que tenemos no es más que una mezcla de dos o más gases que obedecen las leyes de los gases. Lo que distingue este caso de los ejemplos anteriores de mezclas gaseosas es el hecho de que en las condiciones apropiadas es posible condensar una parte de los componentes gaseosos. Examine la figura 4.19. Puede ver cómo la presión parcial del vapor de agua en una mezcla gaseosa a volumen constante obedece las leyes de los gases ideales conforme baja la temperatura hasta llegar a la saturación, momento en el cual el vapor de agua comienza a condensarse. En tanto no se llegue a estas coniciones, podrá aplicarse con confianza las leyes de los gases a la mezcla.
Hay varias formas de expresar la concentración de un vapor en una mezcla con un gas no condensable. En ocasiones se usa la fracción (o porcentaje) de masa o molar, pero es más común usar una de las siguientes:
- SAturación relativa (humedad relativa)
- Saturación molal (humedad molal)
- Saturación "absoluta" (humedad "absoluta") o porcentaje de saturación (porcentaje de humedad)
- Humedad
Cuando el vapor es vapor de agua y el gas es aire, se aplica el término especial humedad. En el caso de otros gases o vapores, se emplea el término saturación.
domingo, 30 de noviembre de 2014
temas por tratar - Saturación parcial y humedad
sábado, 29 de noviembre de 2014
Saturación parcial y humedad
- Definir la saturación (humedad) relativa, la saturación (humedad) molal, la saturación (humedad) absoluta y la humedad por medio de fórmulas en las que intervienen las presiones parciales de los componentes gaseosos.
- Dado el valor de la saturación parcial en una forma, calcular los valores correspondientes en las otras tres formas, así como el punto de rocio
viernes, 28 de noviembre de 2014
Ideas Clave Equilibrio Vapor-líquido para sistemas multicomponentes
- En muchos casos, la presión parcial en la fase gaseosa de un soluto diluido en una mezcla en equilibrio se puede calcular usando la ley de Henry.
- También en muchos casos es posible calcular la presión parcial en la fase gaseosa de un disolvente o de compuestos de naturaleza química similar en equilibrio por medio de la ley de Raoult.
- Las composiciones vapor-líquido se pueden determinar con la ayuda de un coeficiente de equilibrio (que en sí puede ser una función de la temperatura, la presión y la composición).
- La regla de las fases relaciona el número de grados de libertad de un sistema en equilibrio con el número de fases y componentes presentes.
jueves, 27 de noviembre de 2014
En retrospectiva Equilibrio Vapor-líquido para sistemas multicomponentes
miércoles, 26 de noviembre de 2014
Solución Aplicación de la regla de las fases
F =C - P +2
a) C =1, P=1, así que F = 1 - 1 + 2 =2. Podrían especificarse la presión y la temperatura en el intervalo en el que el benceno permanece en estado líquido.
b) C =1, P=2, así que F = 1 - 2 + 2 =1. Una vez que se específica la temperatura o bien la presión, las demás variables intensivas quedan fijas.
c) C = 2, P = 2, así que F = 2 -2+2=2. Se puede especificar dos, entre la temperatura, la presión o la fracción molar.
d) C =2, P=2, así que F =2-2+2= 2. Puesto que debe alcanzarse una presión en particular, ajustaríamos la concentración de la sal y la temperatura de la disolución.
Cabe señalar que en a) y en b) sería poco probable que en la práctica no existiera una fase de vapor, lo que aumentaría P en uno y reduciría F en uno.
martes, 25 de noviembre de 2014
Ejemplo Aplicación de la regla de las fases
a) Benceno líquido puro
b) Una mezcla de hielo y agua exclusivamente
c) Una mezcla de benceno líquido, vapor de benceno y helio gaseoso
d) Una mezclade sal y agua diseñada para que tenga una presión de vapor específica
Qué variables podrían especificarse en cada caso?
lunes, 24 de noviembre de 2014
Sistema invariante
F =C -P + 2 = 1 - 3 +2 =0
Cuando están presentes las tres fases, ninguna e las condiciones fisicas puede variarse sin que se pierda una de ellas. Como corolario, si las tres fases están presentes, la temperatura, el volumen específico etc., siempre estarán fijos en los mismos valores. Este fenómeno es útil en la calibración de termómetros y otros instrumentos.
Un análisis del término C de la regla de las fases rebasa los objetivos del presente libro; consulte una de las referencias que se citan al final del capítulo si desea mayores detalles.
domingo, 23 de noviembre de 2014
La regla de las fases de Gibbs (III)
sábado, 22 de noviembre de 2014
La regla de las fases de Gibbs (II)
Pero, qué hay del volumen? El volumen total de un sistema es una variable extensiva porque sí depende de cuánto material se tiene; el volumen específico (los metros cúbicos por kilogramo, por ejemplo), en cambio, sí es una propiedad intensiva porque es independiente de la cantidad de material presente. Debemos recordar que todos lo valores específicos (por unidad de masa) son propiedades intensivas; las cantidades totales son propiedades extensivas.
Un ejemplo aclarará el uso de estos términos en la regla de las fases. El lector recordará que para un gas puro teníamos que especificar tres de las cuatro variables de la ecuación de los gases ideales pV=nRT a fin de poder determinar la incógnita restante. Podríamos concluir que F=3. Si aplicamos la regla de las fases, para una sola ase P = 1, y para un gas puro C =1, así que:
F = C - P +2 = 1-1+2 =2
viernes, 21 de noviembre de 2014
La regla de las fases de Gibbs
F = C - P + 2
donde F =número de grados de libertad (es decir, el número de propiedades independientes que es preciso especificar para determinar todas las propiedades intensivas de cada una de las fases del sistema de interés.)
C = número de componentes del sistema: en los casos en que intervienen reacciones químicas, C no es idéntico al número de compuestos químicos del sistema, sino que es igual al número de compuestos químicos menos el número de reacciones independientes y otras relaciones de equilibrio entre esos componentes.
P = número de fases que pueden existir en el sistema; una fase es una cantidad homogénea de material como un gas, un líquido puro, una disolución o un sólido homogéneo.
jueves, 20 de noviembre de 2014
Detalles Cálculo de destello
miércoles, 19 de noviembre de 2014
Solución Cálculo de destello
martes, 18 de noviembre de 2014
Problema Cálculo de destello
lunes, 17 de noviembre de 2014
Cálculo de equilibrio vapor-líquido - Solución
domingo, 16 de noviembre de 2014
Cálculo de equilibrio vapor-líquido
sábado, 15 de noviembre de 2014
Calculo de las cantidades respectivas fases de vapor y de líquido (II)
Al seleccionar la forma específica de la ecuación que usará para sus cálculos de equilibrio, deberá escoger un método de resolución de la ecuación que tenga características de convergencia deseables. La convergencia a la solución deberá.
- Llevar a la raíz deseada si la ecuación tiene múltiples raíces
- SEr estable, es decir, acercarse a la raíz deseada asintóticamente, no por oscilaciones.
- Ser rápida, y no hacerce más lenta conforme se aproxima a la solución.
viernes, 14 de noviembre de 2014
Calculo de las cantidades respectivas fases de vapor y de líquido (I)
jueves, 13 de noviembre de 2014
Temperatura del punto rocío
en la que las K son función de la temperatura como se explicó para el cálculo de la temperatura del punto de burbuja. Para una disolución ideal.
miércoles, 12 de noviembre de 2014
Temperatura de punto de burbuja
en donde las Ki son funciones exclusivamente de la temperatura y n es el número de componentes. Como cada Ki aumenta con la temperatura, la ecuación (4.16) sólo tiene una raíz positiva. Puede usar el método de Newton para obtener la raíz (véase el apéndice L) si puede expresar cada Ki como una función explícita de la temperatura. En el caso de una disolución ideal, la ecuación (4.16) se convierte en:
martes, 11 de noviembre de 2014
Ley de Raoult (IV)
4) Calcular la composición de las corrientes de vapor y de líquido, y sus cantidades respectivas, cuando un líquido de composición dada se vaporiza parcialmente (se destella) a una temperatura y presión dadas (la temperatura debe estar entre las temperaturas de punto de burbuja y punto de rocío de la alimentación).
lunes, 10 de noviembre de 2014
Ley de Raoult (III)
- Calcular la temperatura de punto de burbuja de una mezcla líquida dada la presión total y la composición del líquido.
- Calcular la temperatura de punto de rocío de una mezcla de vapores dada la presión total y la composición del vapor.
- Calcular las composiciones relacionadas vapor-líquido en equilibrio dentro del intervalo de fracciones molares de 0 a 1 en función de la temperatura, dada la presión total.
domingo, 9 de noviembre de 2014
Ley de Raoult (II)
sábado, 8 de noviembre de 2014
Ley de Raoult (I)
viernes, 7 de noviembre de 2014
Ley de Henry
pi = Hixi
donde pi es la presión en la fase gaseosa del componente diluido en equilibrio a cierta temperatura y Hi es la constate de la ley de Henry. Observe que en el límite donde xi ≡ 0,pi ≡0. Podemos encontrar valores de Hi en diversos manuales.
Si es aplicable la ley de Henry, el cálculo de la presión parcial de un gas en la fase gaseosa que está en equilibrio con el gas disuelto en la fase líquida es muy sencillo. Tomemos como ejemplo CO2 disuelto en agua a 40°C, para el cual el valor de H es de 69,600 atm/fracción molar. (El valor tan grande de H indica que CO2(g) es poco soluble enagua.) Por ejemplo, si xco2 = 4.2x10^-6, la presión parcial del CO2 en la fase gaseosa es:
jueves, 6 de noviembre de 2014
Conceptos Principales - Equilibrios vapor-líquido para sistemas multicomponentes
Primero consideraremos dos casos en los que existen ecuaciones lineales ("ideales") para relacionar la fracción molar de un componente en la fase de vapor con la fracción molar del mismo componente en la fase líquida.
miércoles, 5 de noviembre de 2014
Temas por tratar Equilibrios vapor-líquido para sistemas multicomponentes
martes, 4 de noviembre de 2014
Equilibrios vapor-líquido para sistemas multicomponentes
- Usar la ley de Raoult y la ley de Henry para predecir la presión parcial de un soluto y un disolvente.
- Utilizar la relación Ki = yi/xi para calcular cualquiera de las variables, dadas las otras dos.
- Calcular la composición de sistemas multicomponentes cuando las fases líquidas y de vapor están en equilibrio.
lunes, 3 de noviembre de 2014
Saturación - Ideas Clave
- La presión parcial de un vapor mezclado con un gas no condensable en equilibrio con la fase líquida es su presión de vapor.
- El punto de rocío es la temperatura a la que el vapor de una mezcla de este tipo comienza apenas a condensarse.
domingo, 2 de noviembre de 2014
Saturación - En retrospectiva
sábado, 1 de noviembre de 2014
Solución emisión de chimenea y contaminación
viernes, 31 de octubre de 2014
Ejemplo emisión de chimenea y contaminación
jueves, 30 de octubre de 2014
miércoles, 29 de octubre de 2014
Ejemplo Saturación
martes, 28 de octubre de 2014
Saturación - Conceptos principales (II)
Ahora, supongamos que realizamos un experimento similar, pero mantenemos el volumen constante y dejamos que varie la presión total del cilindro. Aumentará o disminuirá la presión con el tiempo? Cuál será el valor asintótico de la presión parcial del vapor de agua?. DEl aire? Examine la figura 4.16(b) y compruebe si sus respuestas a estas preguntas fueron correctas.
Por último, es posible hacer que el agua se evapore en el aire y lo sature,pero manteniendo ambos a temperatura, presión y volumen constantes en el cilindro?
Suponiendo que la ley de los gases ideales se aplica tanto al aire como al vapor de agua con precisión excelente, podemos decir que en la saturación se cumplen las siguientes relaciones.
lunes, 27 de octubre de 2014
Saturación - Conceptos principales (I)
Cuando cualquier gas puro (o mezcla gaseosa) entra en contacto con un líquido, adquiere moléculas del líquido. Si el contacto se mantiene durante un tiempo largo, la vaporización continúa hasta que se alcanza el equilibrio, y entonces la presión parcial del vapor en el gas igualará la presión de vapor del líquido a la temperatura del sistema. Sea cual sea la duración del contacto entre el líquido y el gas, una vez que se alcanza el equilibrio no habrá más vaporización neta del líquido a la fase gaseosa. Se dice entonces que el gas está saturado con el vapor de que se trata a la temperatura dad. También decimos que la mezcla de gases está en su punto de rocío. El punto de rocío para la mezcla de vapor puro y gas no condensable es la temperatura en la que el vapor apenas comienza a condensarse si se enfría a presión constante.
domingo, 26 de octubre de 2014
Saturación - Temas por tratar
sábado, 25 de octubre de 2014
Saturación
- Definir un gas saturado.
- Calcular la presión parcial de los componentes de un gas ideal saturado dadas combinaciones de la temperatura, presión, volumen y/o número de moles presentes o calcular el número de moles de vapor.
- Determinar la temperatura de condensación (punto de rocío) de un vapor en un gas saturado dada la presión, volumen y/o número de moles.
viernes, 24 de octubre de 2014
Ideas Clave Principio de los liquidos
- Si el vapor y el líquido de un componente puro están en equilibrio a una cierta temperatura, la presión establecida se denomina presión de vapor y es única.
- El vapor se condensa para formar un líquido, o un líquido se vaporiza para formar un vapor el variar la temperatura o la presión cuando el vapor y el líquido existen en equilibrio.
- La presión de vapor de un líquido se puede predecir en función de la temperatura por medio de la ecuación de Antoine.
Eejmplo Aplicación de la regla de las fases
a) Benceno líquido puro
b) Una mezcla de hielo y agua exclusivamente
c) Una mezcla de benceno líquido, vapor de benceno y helio gaseoso
d) Una mezcla de sal y agua diseñada para que tenga una presión de vapor específica.
Qué variables podrían especificarse en cada caso?
jueves, 23 de octubre de 2014
En retrospectiva Principio de los liquidos
- El significado de varios términos nuevos
- qués es la presión de vapor
- cómo podemos predecir la presión de vapor en función de la temperatura.
miércoles, 22 de octubre de 2014
Detalles adicionales Principio de los liquidos
A fin de cumplir con las normas sobre emisiones, los refinadores están formulando la gasolina y el combustible a diesel de nuevas maneras. Las normas sobre emisiones se relacionan con la presión de vapor de un combustible, pero ésta se especifica en términos de la presión de vapor de Reid (RVP) que se determina a 100°F en una bomba que permite la vaporización parcial. En el caso de un componente puro la RVP es la verdadera presión de vapor, pero para una mezcla (y la mayor parte de los combustibles son mezclas) la RVP es menor que la verdadera presión de vapor de la mezcla (aproximadamente 10% en el caso de la gasolina). Consulte Vázquez-Esparragoza et al. si desea detalles específicos sobre la estimación de la RVP.
martes, 21 de octubre de 2014
Propiedades de los líquidos (II)
donde n es el número de componentes de la mezcla. En el caso de líquidos no ideales o sólidos disueltos en líquidos es necesario emplear datos experimentales o las técnicas de estimación descritas en muchas de las referencias citadas al final de este capítulo, ya que los volúmenes específicos no son aditivos.
lunes, 20 de octubre de 2014
Propiedades de los líquidos (I)
ρ = ρo - β(T-To)
donde ρo y β son constantes y ρ es la densidad del líquido. La mayor parte de los líquidos se pueden tratar como si fueran incompresibles, es decir, como si su densidad fuera independiente de la presión.