21/02/2011

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Balance de MateriaClase 3. Variables de proceso

Luis Carlos Belalcazar, PhDProfesor Departamento de Ingeniería Química

Oficina: 453-306 (Aulas de Ingeniería)luisbelalcazar@yahoo.com

Problema 2.6 Felder

Auto americano:$ 14 50028 millas / gal

Auto Europeo:$ 21 70019 Km /L

Problema 2.6 Felder

Calcular el costo (C) total para los dos vehículos

Cus = $ 14 500 + Xmi * 1 gal * $ 1.2528 mi gal

Problema 2.6 Felder

Calcular el costo (C) total para los dos vehículos

CEU = $ 21 700 + Xmi * 1 gal * $ 1.25?? mi gal

Variables de proceso

- Temperatura

La temperatura de una sustancia es la medida de la energía cinética de sus moléculas

Las escalas de temperatura más comunes se definen empleando el punto de congelación y de ebullición del agua a 1 atm

Variables de proceso

- Temperatura

Escala SímboloT

congelaciónH2O

TEbullición

H2OCentígrados °C 0 100

Fahrenheit °F

Kelvin °K

Rankine °R

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Variables de proceso

- Temperatura

T(°K) = T(°C) + 273

T(°F) = 1.8 * T(°C) + 32

T(°R) = T(°F) + 460

Variables de proceso

- Temperatura

Escala SímboloT

congelaciónH2O

TEbullición

H2OCentígrados °C 0 100

Fahrenheit °F 32 212

Kelvin °K 273 373

Rankine °R 492 672

Variables de proceso

- Temperatura

Variables de proceso

- Masa y volumen (densidad)

Densidad: Relación entre la masa de un cuerpo y el volumen que este ocupa en el espacio

ρ = masa / volumen

ρ = Kg/m3 ; lb/pie3

Variables de proceso

- Masa y volumen (densidad)

Líquidos y sólidos: ρ es independiente de la presión y temperatura

Gases: ρ varia con la presión y temperatura

Variables de proceso

- Masa y volumen (densidad)

Gases: ρ varia con la presión

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Variables de proceso

- Masa y volumen (densidad)

Gases: ρ varia con la presión

Variables de proceso

- Masa y volumen (densidad)

Gases: ρ varia con la temperatura

Variables de proceso

- Masa y volumen (densidad)

La densidad de un gas se calcula empleando la ecuación de gas ideal:

P * V = n * R * T

P = presión (atm) V =volumen (L); n = moles; T = temperatura (°K);R = 0.082 atm * L/mol °K

Variables de proceso

- Masa y volumen (densidad)

La densidad de un gas se calcula empleando la ecuación de gas ideal:

P * V = n * R * T

n = PV R * T

Variables de proceso

- Masa y volumen (densidad)

La densidad de un gas se calcula empleando la ecuación de gas ideal:

ρ = m = P * PMV R * T

PM = peso molecular (g/mol)

Variables de proceso

- Masa y volumen (densidad)

Ejemplo: Calcule la densidad del aire en Cartagena y en Bogotá

Cartagena: P = 1 atm; T = 30 °C; PM = 29 g/mol

Bogotá: P = 0.7 atm; T = 14 °C; PM = 29 g/mol

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Variables de proceso

- Masa y volumen (densidad)

Ejemplo: Calcule la densidad del aire en Cartagena y en Bogotá

Cartagena:

ρ = 1 atm * 29 g * mol °K * 1

mol 0.082 atm L 303 °K

Variables de proceso

- Masa y volumen (densidad)

Ejemplo: Calcule la densidad del aire en Cartagena y en Bogotá

Cartagena:

ρ = 1 atm * 29 g * mol °K * 1

mol 0.082 atm L 303 °K

ρ = 1.17 g/L

Variables de proceso

- Masa y volumen (densidad)

Ejemplo: Calcule la densidad del aire en Cartagena y en Bogotá

Bogotá:

ρ = 0.7 atm * 29 g * mol °K * 1

mol 0.082 atm L 287 °K

ρ = 0.86 g/L

Variables de proceso

Ejercicio: Calcule la densidad del hexafluoruro de azufre (SF6) y compárela con la densidad del aire en Bogotá

PM SF6: 146 g/mol

Variables de proceso

Agua invisible:

SF6 Bogotá:

ρ = 0.7 atm * 146 g * mol °K * 1

mol 0.082 atm L 287 °K

ρ = 4.34 g/L

Variables de proceso

-Volumen específico (v)

Es el inverso de la densidad.

Sus unidades pueden ser:

m3/Kg; pie3/lb

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MasaVolumen

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Variables de proceso

- Densidad relativa o gravedad específica (G)

Es el cociente entre la densidad de la sustancia y una sustancia de referencia bajo condiciones especificadas.

La referencia para sólidos y líquidos es el agua a 4 °C

Variables de proceso

- Densidad relativa o gravedad específica (G)

Ver tabla B.1, apéndice B de Felder

referencia de SustanciasustanciaG

Escalas de densidad relativa

Escalas de densidad relativa

Existen varias escalas en las que la gravedad específica se expresa en grados y que constituyen relaciones matemáticas arbitrarias:

- Escala API- Escala Baumé- Escala Brix

Escalas de densidad relativa

Escala API

Escala adoptada por el Instituto Americano del petróleo para expresar la densidad de productos derivados del petróleo

Escalas de densidad relativa

Escala API

Dado que la mayoría de productos del petróleo son más ligeros que el agua se utiliza solo la siguiente escala

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Escalas de densidad relativa

Escala Baumé (°Bé):

Escalas de densidad relativa

Escala Brix (Bx):

Es una escala arbitraria y expresa el % en peso de azúcar en una solución.

Escalas de densidad relativa

Escala Brix:

Una solución de 25° Bx tiene:

25 g de azúcar75 g de líquido

Para un total de 100 g de solución

Escalas de densidad relativa

Ejercicio:

El ácido sulfúrico puro a 20 °C tiene una densidad de 114.22 lb/pie3. ¿Cual es su densidad en grados Baumé (Bé)?

Escalas de densidad relativa

Ejercicio:

Escalas de densidad relativa

Ejercicio:

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Escalas de densidad relativa

Ejercicio:

Escalas de densidad relativa

Ejercicio:

Se llena un recipiente cuyo volumen es de 3.5 galones con gasolina corriente y se pesa. El peso de la gasolina fue de 9.77 Kg. ¿Cuál es la densidad expresada en grados API?

Escalas de densidad relativa

Ejercicio:

Escalas de densidad relativa

Ejercicio:

Escalas de densidad relativa

Ejercicio:

Escalas de densidad relativa

Ejercicio:

La densidad en grados API es:

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Ejercicio

Deduzca una expresión para calcular la temperatura en °F en términos de °C.

Sugerencia: la ecuación deberá ser de la forma:

Y = m* X + b

Además, recuerde que:

0 °C = 32 °F; y que 100 °C = 212 °F