Universidad Nacional Experimental Politécnica de la Fuerza Armada Bolivariana Núcleo Carabobo – Extensión La Isabelica Ingeniería Petroquímica - V semestre – Termodinámica II 2016 Docente: Yurbelys Contreras GUÍA DE EJERCICIOS PROPUESTOS: MEZCLA DE GASES IDEALES 1. Un deposito rígido está dividido en dos compartimientos, uno de ellos contiene 0,02 kmol de CO a 500 K y 0,420 m3 y el otro contiene 0,04 kmol de CO2 a 300 K y 1 m3. Se rompe r ompe la separación que divide el compartimiento y los gases se mezclan adiabáticamente, siendo la presión final de la mezcla 123 kPa. Determine la temperatura final de la mezcla en °C. Sol. 77 °C. 2. Una mezcla de 30 por ciento (por masa) de etano y 70 por ciento de metano se va a mezclar en un recipiente de 100 m3 a 130 kPa y 25 °C. Si el recipiente está inicialmente al vacío, ¿a qué presión se debe agregar el etano antes de agregar agregar el metano? metano? Sol. 25 kPa kPa 3. Se quema una mezcla de combustibles de hidrocarburos y aire para producir productos de combustión como sigue: 0,75 kmol de CO2, 1,66 kmol de H2O y 5,65 kmol de N2. Si la presión de los productos es de 1 atm, ¿cuál es la presión parcial parcial del agua en los productos, productos, en kPa? kPa? Sol. 20,87 kPa kPa 4. Una mezcla de gases de hidrocarburos está compuesta de 60 por ciento de metano, 25 por ciento de propano pr opano y 15 por ciento de butano, por masa. Determine el volumen ocupado por 100 kg de esta mezcla cuando su presión es de 3 MPa y su temperatura es de 37 °C. Sol. 3,9 m3. 5. Se mezclan adiabáticamente 0,1 kmol de CO2 a 2 bar y 27°C con 0,2 kmol de O2 a 5 bar y 152 °C. Durante el proceso de mezcla a volumen constante, se comunica una energía eléctrica equivalente a 670 kJ/kmol. Determine: la temperatura y presión final de la mezcla. Sol. 128 °C y 376 kPa 6. Un tanque rígido a presión constante de 0,2 MPa se mezclan adiabáticamente 0,9 kmol de dióxido de carbono a 327 °C con 2 kmol de nitrógeno a 27 °C, durante el proceso se comunica mediante una resistencia 200 kJ de energía. Determine la la temperatura fina de la mezcla. Sol. 180 °C. °C. 7. Una mezcla de gases contiene 0,28 kg de CO, 0,16 kg de O2 y 0,66 kg de CO2 todos a 1,4 bar y 17 °C. Se calienta isobáricamente la mezcla en un dispositivo cilindro-embolo, hasta una temperatura final de 277 °C. Determine: a) el calor trasferido en kJ y en kJ/kmol. Sol. b) 9460 kJ/kmol 8. Un determinado sistema consta de dos depósitos interconectados por medio de una tubería y una válvula. Uno de los depósitos contiene 2 kg de argón a 1,5 bar y 27 °C. El otro contiene 1,6 kg de oxígeno a 5 bar y 127 °C. Se abre la válvula y se deja que los gases se mezclen hasta lograr una temperatura de 77 °C. Determine: a) el calor trasferido en kJ. b) la presión final de la mezcla y c) La variación de entropía de cada gas en kJ/k. Sol. b) 250 kPa. 9. Un tanque de 0,9 m3 es dividido en dos compartimientos iguales por una partición. Una mitad contiene neón a 20 °C y 100 kPa y la otra, argón a 50 °C y 200 kPa. La partición es removida y los dos gases se mezclan, existe una pérdida de calor hacia los alrededores del tanque de 8 kJ. Determine: a) la temperatura final de la mezcla, b) la presión final de la mezcla y c) el cambio de entropía total. 10. Un tanque aislado tiene dos compartimientos conectados por una válvula, inicialmente un compartimiento contiene 0,7 kg de CO2 a 500 K y 6 bar, el otro compartimiento contiene 0,3 kg de nitrógeno a 300 K y 6 bar. La va válvula se abre y los gases se mezclan hasta lograr el equilibrio. Determine: a) la temperatura final de la mezcla, b) la presión final de la mezcla y c) el cambio de de entropía total. Sol. a) 440 K
11. Dado un recipiente de paredes aislantes dividido en tres compartimientos, cada compartimiento contiene nitrógeno, oxígeno y argón, tal como se muestra en la figura. Al retirar los tabiques los gases se mezclan, determine la presión y temperatura de la mezcla. Sol. 140 °C y 189 kPa.
12. Considere la disposición mostrada en la figura, consiste de un tanque principal conectado a otros dos tanques por medio de válvulas, todos contienen aire y son adiabáticos. Las válvulas se abren y la mezcla llega al equilibrio. Determine: a) la temperatura y presión de la mezcla y b) la cantidad de masa que hay en cada tanque al final del proceso de mezclado. Sol. b) 4,30 kg, 0,86 kg y 0,86.
13. Considere la disposición mostrada en la figura, consiste de un tanque principal vacío conectado a otros dos tanques por medio de válvulas, todos son adiabáticos. Las válvulas se abren y la mezcla llega al equilibrio. Determine: a) el volumen de cada tanque, b) la masa molecular de la mezcla y c) la temperatura y presión final de la mezcla Sol. b) 1,84 m3 y 2,08 m3, b) 30,55 kg/hmol
14. Una mezcla de gas natural está compuesto por 60% de metano y 40% de etano, en base molar. Entra a un compresor a 340 K y 6 bar, donde se comprime isotérmicamente hasta 20 bar. Determine el calor y trabajo trasferido en kJ/kmol usando: a) la ecuación de estado del gas ideal, b) usando los datos tabulados del gas ideal del metano y etano mostrada a continuación. Sol. a) -3400 kJ/kmol, METANO ETANO Presión Entalpia [kJ/kg] Entropía [kJ/kg·K] Entalpia [kJ/kg] Entropía [kJ/kg·K] 6 bar 715,3 10,9763 462,39 7,3493 20 bar 704,40 10,3275 439,13 6,9680
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Referencias Consultadas: Wark K y Richards D. (2001). Termodinámica. McGraw-Hill, 6ta edición. Cengel Y. y Boles M. (2002). Termodinámica. Quinta edición. McGraw Hill.
