ejercicios mezcla de gases
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Por:Ing.GelysGuanipaR Pgina1
EJERCICIOSRESUELTOS:
1. UntanquergidocontienedoskilomoldegasNitrgenoy6kilomoldeCO2a300Ky15Mpa.Calculeelvolumendeltanquebasndoseen:a. Ecuacindegasidealb. RegladeKayc. FactoresdecompresibilidadyLeydeAmagat
a. Ecuacindegasideal
Datos:
NN2=2Kmol
NO2=6Kmol
Tm=300K
Pm=15Mpa=15000Kpa.
Solucin:
Despajandonosqueda:
Nm=2+6=8Kmol
b)RegladeKay
ParaestecasoelvalordeZsebuscaconlapresinylatemperaturareducida,quesedeterminandelasiguientemanera:
Donde:
VidealP
TRNV
m
mumm == ..
mummm TRNVP ... =
33
33,115000
300../.314,8.8 mKpa
KKKmolmKpaKmolVm ==
mummm TRNZVP .... =
ZxVidealP
TRNZV
m
mumm == ...
=
=n
iicrimcr
PyP1
,,'
mcritTTmT R ,'
=
=
=n
iicrimcr
TyT1
,,'
mcritPPmPR ,'
=
-
Por:Ing.GelysGuanipaR Pgina2
YN2=2/8=0,25
YO2=6/8=0,75
Lascondicionesdelpuntocrticodecadagasseconsiguenentablas,ysonlassiguientes:
Tcrit,N2=126,2K
Tcrit,CO2=304,2K
Pcrit,N2=3,39Mpa
Pcrit,CO2=7,39Mpa
Sustituyendo,nosqueda:
Luego,procedemosadeterminarlaTemperaturaypresinreducida:
TR=300K/259,7K=1,16
PR=15Mpa/6,39Mpa=2,34
Conestosdosvalores,entramosalacartadecompresibilidadyobtenemosunZm=0,4
Finalmenteobtenemoselvolumendeltanque:
V=1,33x0,49=0,652m3.
c)FactoresdecompresibilidadylaLeydeAmagat:
Al igualqueelcasoanteriorprocedemosadeterminarel factordecompresibilidad,peroeneste caso sedeterminanpor separadopara cada componente y luego obtenemoselde lamezclamediantelasiguienteecuacin:
ParaelNitrgeno:
Sustituyendonosqueda:
Conestosdosvalores,entramosalagrficadecompresibilidadydeterminamoselfactorZparaelNitrgeno:
Z=1,02
KxxTmcr
7,2592,30475,02,12625,0' , ==MpaxxP
mcr39,639,775,039,325,0' , ==
=
=n
imiim ZyZ
1.
2, NTcritTmT R =
2, NPcritPmPR =
38,22,126
600 ==RT 42,439,315 ==RP
-
Por:Ing.GelysGuanipaR Pgina3
LuegoaplicamoslomismoconelDixidodeCarbono:
Z=0,30
AhoraelZmezcla=0,25x1,02+0,30x0,75=0,48
Elvolumendelamezclasera:
Vm=0,48x1,33m3=0.6384m3
2.Dosdepsitosinterconectadospormediodeunavlvulacontienen:elprimertanque2KgdeArgna1,5bary27C,elotrodepsitocontiene 1,6Kgdeoxigeno,a5bary127C.Lavlvulaseabrepermitiendoquesemezclenlosgaseshastaalcanzarunatemperaturade77C.Determine:
a.Variacindeenergainterna
b.Variacindeentropadelamezcla
Datos:
Tm=77C=350,15K
Cp,oxig=0,918Kj/Kg.K
Cv,oxig=0,658Kj/Kg.K
Cp,Argn=0,5203Kj/Kg.K
Cv,Argn=0,3122Kj/Kg.K
R,argon=0,2081Kj/Kg.K
R,oxig=0,2598Kj/Kg.K
Solucin:
Tomandolosdosdepsitoscomoelsistema,nosqueda:
iim umxUU ==
2, NTcritTmT R =
99,02,304
300, 2
===COTcrit
TmT R
03,239,7
15, 2
===COPcrit
PmPR
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Por:Ing.GelysGuanipaR Pgina4
Argn:
Oxigeno:
Sustituyendoenlaecuacingeneraldelaenergainternadelamezclanosqueda:
Entonces laenerga internaes lanicaformadeenergadeestesistema debidoaqueesunsistemacerrado.Ntesequeseconsidercaloresespecficosconstantesparaambosgases,siserealizaporotrosmtodosmsdetalladoselresultadovaasercompletamentedistinto.
b.Variacindeentropadelamezcla:
(I)
Pm=?
(II)
Vm=V1+V2=Varg+Voxig
IgualmentesebuscaelvolumendelOxigenoconlamismaecuacin:
( )( ) ( )( ) KjKgxKKKKgKjxmTTCvU 22,312300350../3122,0. 12arg ===
=
=n
iiim sxmS
1
1,
2,
1
2 ln.ln,i
im P
PR
TTixCps =
1arg,
2arg,arg
1arg ln.lnarg, P
PR
TTxCps mon =
VmTmRuNmPm..=
arg
argargarg
..P
TRNV u=
33
arg 8314,0150300../.314,8.05,0 m
KpaKKKmolmKpaKmolV ==
33
2 33,0500400../.314,8.05,0 m
KpaKKKmolmKpaKmolVO ==
( )( ) ( )( ) KjKgxKKKKgKjxmTTCvUoxi 64.526,1400350../658,0. 12 ===
KjUU im 42.2164.5222.31 ===
-
Por:Ing.GelysGuanipaR Pgina5
Vm=0,8314+0,33=1,1614m3
Sustituyendoen(II)
Lapresinparcialdelargnsera:
Parg=yixPm=0,5x250,55=125,27Kpa
Alsustiruiren(I):
Sm=0,2353+0,3792=0,6145Kj/K
3. Unamezcladegasesdentrodeundepsitorgidoseencuentra inicialmentea220Ky5Mpa.Lamezclaest formadapor20KgdeNitrgenoy6KgdeOxigeno.Luegosetransfiereenergaisobricamentehastallegara260K.DeterminarelcambiodeenergainternarealdedichamezclaempleandolaLeydeAmagat.
(A)
(B)
ParaelOxgeno:
EstasentalpiasmolaresfuerontomadasdelastablasdePropiedadesdegasespublicadaenelAnexo,paraelcualseutilizalatemperaturainicialyfinalrespectivamente.
AplicandolaLeydeAmagatquedara:
Estado1:
Z1=0,90
Kpam
KKKmolmKpaKmolPm 55,2501614,1350../.314,8.1,0
3
3
==
KKjKKgKjKxKgKjKgs on /2353,015027,125ln../2081,0
300350ln./5203,0.2arg =
=
KKjKKgKjKxKgKjKgsoxig /3792,050027,125ln../2598,0
400350ln./918,0.6,1 =
=
=
=n
iiim uNU
1( ) ( )112212 .TZTZRuhhureal =
( ) ( )OxiOxiOxigreal TZTZRuhhu 112212, .=( ) KmolKjKmolKjKmolKjhh ideal /1162/6404./756612 ==
42,18,154220
, 2===
KK
OTcritTmT R
98,008,55
, 2===
MpaMpa
OPcritPmPR
-
Por:Ing.GelysGuanipaR Pgina6
Estado2:
Z2=0,94
Sustituyendoen(B):
ParaelNitrgeno:
AplicandolaLeydeAmagatquedara:
Estado1:
Z1=0,93
Estado2:
Z2=0,97
Sustituyendoen(B):
Determinamoselnmerodemolesdecadacomponente:
67,18,154260
, 2===
KK
OTcritTmT R
98,008,55
, 2===
MpaMpa
OPcritPmPR
( ) KmolKjxxu Oxigreal /23,77622090,026094,0314,81162, ==
( ) ( )NitrogNitrogNitrogreal TZTZRuhhu 112212, .=( ) KmolKjKmolKjKmolKjhh ideal /1167/6391./755812 ==
06,22,126
260, 2
===KK
NTcritTmT R
74,12,126
220, 2
===KK
NTcritTmT R
47,139,35
, 2===
MpaMpa
NPcritPmPR
( ) KmolKjxxu Oxigreal /83,109322093,026097,0314,81167, ==
47,139,35
, 2===
MpaMpa
NPcritPmPR
KmolKmolKg
KgMmN
Nit
Nit 7142,0/28
20 ===
KmolKmolKg
KgMmN
Oxi
Oxi 1875,0/32
6 ===
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Por:Ing.GelysGuanipaR Pgina7
Finalmentesustituyendoen(A):
Comentario:Nteseque se trabaj con elnmero demoles debido a que las propiedadessuministradasenlastablasdegasessonporunidaddemol.
KjxxuNUn
iiim 75,92683,10937142,023,7761875,0
1===
=
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Por:Ing.GelysGuanipaR Pgina8
EjerciciosPropuestos
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Por:Ing.GelysGuanipaR Pgina9
1.Considereunamezcladegasesdemasasidnticas.Sernidnticaslasfraccionesdemasa?
2.Lasumadelasfraccionesdemolaresdeunamezcladegasesidealesesiguala1?
3.Qusonlasfraccionesdemasaymolares?
4.Lacomposicindelairehmedoestdadasobrelabasemolarcomo78%deN2,20%deO2y2%devapordeagua.Determinelasfraccionesdemasadelosconstituyentesdelaire.
5.Unamezcladegasestienelasiguientecomposicinsobreunabasemolar:60%deN2y40%deCO2.Determineelanlisisgravimtricodelamezcla,sumasamolarylaconstantedelgas.
6.Unamezcladegasessecomponede5KgdeO2,8KgdeN2y10KgdeCO2.Determine:a)Fraccindemasadecadacomponente.b)Fraccinmolardecadacomponente.c)Masamolarpromedio.d)Constantedegasdelamezcla
7.Unamezclagaseosasecomponede8KmoldeH2y2KmoldeN2.Determine lamasadecadagasylaconstantemolaraparentedelamezcla.Rta)16Kg,56Kg,1.155Kj/Kg.K
8.Unamezclagaseosasecomponede5LmoldeH2y3LmoldeN2.Determinelamasadecadagasylaconstantemolaraparentedelamezcla
9.ExpliquecomounamezcladegasesrealespuedetratarsecomounasustanciaseudopurautilizandolaregladeKay?
10.Un tanque rgido contiene8KmoldegasO2y10KmoldegasCO2a290Ky150Kpa.Estimeelvolumendeltanque.Rta)289m3
11.Untanque rgidode0.3m3contiene0.6KgdeN2y0.4KgdeO2a300K.Determine lapresinparcialdecadagasylapresintotaldelamezcla.Rta)178.1Kpa,03.9Kpa,282Kpa
12.Untanquerigidoquecontiene2KgdeN2a25Cy200Kpaseconectaaotrotanquerigidoquecontiene3KgdeO2a25Cy500Kpa.Seabrelavlvulaqueconectalosdostanquesysepermitequelosdosgasessemezclen.Silatemperaturafinaldelamezclaes25C,determineelvolumendecadatanqueylapresinfinaldelamezcla
13. Un volumende0.3m3deO2 a200K y8Mpa semezcla con0.5m3deN2a lamisma
temperatura y presin, y forma unamezcla a 200K y 8Mpa. Determine el volumen de lamezcla con: a) Ecuacin de gas ideal. b) Regla de Kay. c) Ley de Amagat. Rta) a)0.8m3; b)0.79m3;c)0.8m3
14.Un tanqueaisladoquecontiene1KgdeO2a15Cy300Kpaseconectaaun tanquenoaisladode2m3quecontieneN2a50Cy500Kpa.Lavlvulaqueconectaalosdostanquesseabrey losdosgasesformanunamezclahomogneaa25C.Determine:a)Presinfinaleneltanque.b)Transferenciadecalor.c)Entropageneradaduranteelproceso.SupongaTo=25C.
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