Ejemplo emisión de chimenea y contaminación

Un grupo local que propone soluciones a los problemas de contaminación ha informado que la planta de calderas de la Simtron Co. contamina el aire y ha presentado como prueba fotografías de intensas emisiones por su chimenea en 20 días distintos. Como ingeniero en jefe de Simtron, usted sabe que su planta no es una fuente de contaminación porque quema gas natural (en esencia metano) y su planta de calderas funciona correctamente. Su jefe cree que el grupo local ha cometido un error al identificar la chimenea; debe pertenecer a la compañia vecina que quema carbón. Tiene razón? Tiene razón el grupo local? Vea la figura

Solución Saturación

Vea la figura E4.17. Suponga que el proceso es isotérmico. Los datos adicionales que necesita son:

Ejemplo Saturación

Cuál es el número mínimo de metros cúbicos de aire seco a 20°C y 100 kPa que se necesitan para evaporar 6.0 kg de alcohol etílico si la presión total permanece constante en 100kPaz y la temperatura se mantiene en 20°C? Suponga que el aire se burbujea en el alcohol evaporándolo de tal manera que la presión de salida de mezcla aire-alcohol es de 100kPa.

Saturación - Conceptos principales (II)

Ahora bien, Qué significan estos conceptos en lo que toda a la medición cuantitativa de las condiciones gas-vapor? Suponga que inyecta agua líquida a 65°C en un cilindro con aire a la misma temperatura y mantiene el sistema a una temperatura constante de 65°C. Suponga además que la presión sobre la parte superior del cilindro se mantiene a 101.3 kPa (1atm). Qué sucede con el volumen del cilindro en función del tiempo? La figura 4.15 muestra que el volumen del aire más el vapor de agua aumenta hasta que al aire queda saturado con vapor de agua, y que a partir de entonces el volumen permanece constante. La figura 4.16(a) indica cómo aumenta la presión parcial del vapor de agua con el tiempo hasta alcanzar su presión de vapor de 24.9 kPa (187 mm Hg). Por qué disminuye la presión parcial del aire.

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.

Saturación - Conceptos principales (I)

Cómo podemos predecir las condiciones de una mezcla de un vapor puro (que se puede condensar) y un gas no condensable en equilibrio? Una mezcla que contiene un vapor se comporta de forma diferente que un componente puro solo. Un ejemplo típico con el que el lector está familiarizado es el  de vapor de agua en aire. Se condensa, llueve y se congela, y al revés dependiendo de la temperatura.

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.

Saturación - Temas por tratar

En esta sección explicaremos cómo determinar la composición y el punto de rocío de un vapor saturado mezclado con un gas no condensable.

Saturación

1. Definir un gas saturado.
2. 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.
3. Determinar la temperatura de condensación (punto de rocío) de un vapor en un gas saturado dada la presión, volumen y/o número de moles.