BALANCE DE ENERGIA-2010

8/7/2019 BALANCE DE ENERGIA-2010

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1PRQ-206-Q-BALANCE DE ENERGA I/SEM/2010

PRACTICO DE RACCIONES QUIMICAS IBALANCE DE ENERGIA

5.1 convierte a a lo siguiente:a) cal/Kgb) J/Kgc) KWh/kgd) (ft) (Lbf)/Lbm

a) )

b) )

c) )

5.2 Convierta las siguientes propiedades fsicas del agua lquida a 0C y 1 atm

de las unidades del SI indicadas a los valores equivalentes en las unidadesestadounidenses:a) Capacidad calorfica de 4.184 J/ (g) (K) a Btu/ (lb) (F)b) Entalpa de -41.6 J/kg a Btu/lbc) Conductividad trmica de 0.59 (kg) (m)/ (s 3) (K) a B (ft) (h) (F)

Soluin

a)

b) Entalpia

c) Conductividad trmica

5.10.- Para los sistemas que se definen a continuacin, indique si Q, W, E yU son 0, < 0 o > 0, y compare sus valores relativos si no son iguales a 0.a) Un huevo (el sistema) se coloca en agua hirviendo.b) Un gas (el sistema) que inicialmente esta en equilibrio con su entorno, secomprime rpidamente por medio de un pistn aislado no conductor en uncilindro aislado no conductor; de su respuesta para dos casos 1) antes dealcanzar un nuevo estado de equilibrio y 2) despus de alcanzar un nuevoestado de equilibrio.


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c) Un frasco Dewar con caf (el sistema) se agita.

Solucin:a) Un huevo

Q porque el agua esta hirviendoW= 0 porque es un sistema cerrado

>0

b) Un gas

Q porque el agua esta hirviendoW> 0

>0 c) Un frasco Dewar con caf

Q porque no hay perdidas ni ganancia de calorW= 0 porque es un sistema cerrado

>0

5.17.- Clasifique las siguientes caractersticas fsicas medibles de una mezclagaseosa de dos componentes como 1) una propiedad intensiva, 2) unapropiedad extensiva, 3) ambas o 4) ninguna de las dos:a) Temperaturab) Presinc) Composicind) Masa

5.24.- a) Diez libras mol de un gas ideal estn originalmente en un tanque a100 atm y 40F. El gas se calienta a 440F. La entalpa mola1 especfica, A H,del gas ideal est dada por la ecuacin =300+8.00T Donde est enBtu/lb mol y Tes la temperatura en F.

PropiedadesIntensivas

Propiedadextensivas

AmbasNinguna

de las dos

Temperatura MasaPresin

Composicin


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1) Calcule el volumen del recipiente (ft 3).2) Calcule la presin final del gas (atm).3) Calcule el cambio de entalpa del gas.Solucin.-

n =10 Lb-mol

P1 = 100 atm

T1 = 40 F = 277.4 K

T2 = 440 F = 499.67 K

1) Al considerarse un Gas Ideal utilizamos la ecuacin de los GasesIdeales

2)

3) Para la T=440 F

H1=300+8*440 F

H1= 3820 Btu/Lbmol

Para la Temperatura de 40 F

H2= 300+8*40 F

H2=620 Btu/Lb molDonde la variacin de entalpia ser:

H=n (H1-H2)

H=10 Lb mol (3820-620) Btu/Lb mol

H= 32000 Btu


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5.38.- La capacidad calorfica del monxido de carbono est dada por lasiguiente ecuacin:

Donde Cp.=cal/ (g mol) (C)T= CCul es el cambio de entalpia asociado al calentamiento de monxido de

carbono de 500 C a 1000 C?Solucin: T1:T2:

H H

H

H

5.52.- Calcule el cambio de entalpa (en J/kg mol) que ocurre al elevar latemperatura de 1 kg mol de la siguiente mezcla de gases de 50C a 550C.

Solucin:

Calculo del calor especfico para el metano

Para dicha ecuacin el calor especficoesta expresada en KJ/gr-mol paraexpresarla en KJ/Kg mol multiplicaremospor 1000 la expresin quedara:

Al estar en un 80 % en la muestra se multiplica el Calor especfico por 0.8

Calculo del Calor especfico para el Etano

Componente Mol %CH4 80C2H6 20


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Para dicha ecuacin el calor especfico esta expresada en KJ/gr -mol paraexpresarla en KJ/Kg-mol multiplicaremos por 1000 la expresin quedara:

Al estar en un 20 % en la muestra se multiplica el Calor especfico por 0.2

Paso seguido hallaremos el calor especfico total:

Ahora Calculamos el cambio de entalpia de la mezcla

H H

H H H H

5.87. Trescientos kilogramos por hora de aire fluyen a travs de un

intercambiador de calor a contracorriente como se muestra en la figura P5.87, yeste aire calienta 230 kg/h de disolucin de carbonato de potasio. Suponga queel intercambiador de calor tiene prdidas de calor insignificantes. Lastemperaturas terminales se dan en la figura P5.87. Calcule la temperatura, enkelvin, de la corriente de carbonato de potasio que sale.


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T2=58.30 C

T2=331.30 K

5.96.- Utilice la tabla de calores de formacin del apndice F para calcular loscalores de reaccin estndar por g mol de los compuestos producidos en lassiguientes reacciones:a) N2(g) + 3H2(g) 2N3(g)b) Fe(s) + Cl2 FeCl3(g)Solucin:

a) Por tabla:

b) Por tabla:


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5.103.-Cul es el valor calorfico superior de 1 m3 de n -propilbenceno medidoa 25C y 1 atm y con una humedad relativa del 40%?

Solucin:

Q + W =Ec + Ep +HQ = H

Q =H

5.111. Se puede producir formaldehdo por la oxidacin de metano1 (CH 3OH).icantidades estequiomtricas de CH3OH(g) y O2(g) entran en el reactor a 100 C

y la reaccin es completa, y los productos salen del reactor a 200 C, calcule elcalor que se agrega al reactor o se extrae de l por mol de CH 3OH(g)alimentado. La reaccin es

CH3OH (g) +O2(g) + H2CO(g) + H2O(g)

Solucin:

Base de clculo 1 mol CH3OH(i)

Como se agregar cantidades estequiometrias:

B.M CH3OH = 1 mol

O2= 0.5 mol

H2CO= 1 mol

H2O= 1 mol

Balance de energa

Q = H = H Productos - H reactivos

O2 (g)

100 c

CH3OH (g)T=100c

H2CO(g)

200 C

H2O

(g)

200 C


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Productos: Tr= 25 C

Reactivos

5.124 Un convertidor cataltico para la produccin de SO 3 a partir de SO2funciona como se ilustra en la figura P5.124, donde tambin se muestra elbalance de materia para una hora de funcionamiento.SO2(g) + 0.5 O2(g) SO3 AH 25 = -98,280 J/g molLa unidad esta aislada y las prdidas de calor son insignificantes. Se ha vistoque es posible reducir considerablemente la corrosin si se mantiene latemperatura de descarga a unos400C.Determine el requerimiento de calor de un enfriador para el convertidor que se

encargue de mantener la temperatura mencionada.


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RG

A I/

/2010

S l i :

B.E

P

!

" t #

$ % " ti & #

P

!

" t # :

P'

(

)

0

1 t ( 2 .

'

3 4 1 ti 5 ( 2 :


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H Reactivos=-1259288.414 J

Q = H = H Productos - H reactivos

H = -1927743.15 (-1259288.414)

H =-668454.736 JH = -668.454736 KJ

5.128 Calcule la temperatura de flama a diabtica del C3H6(g) a 1 atm cuandose quema con 20% de aire en exceso y los reactivos entran a 25C.

C3H6+ 9/2O2 3CO2(g) + N2(g) + 3H2O(g)

Base de clculo:

1gmol C3H6 a Tref=25C

Solucin:

Reactivos que entran Productos q salencomponente g mol componente g mol

C3H6 1.00 CO2 1.00O2(req) 9.0 N2 0.158O2(exc) 4.5 O2 0.9O2(total 5.4

N2 0.158Aire 5.558

Como Q = 0 se reduce a H =0 a 273K y 2000

Reactivos que entran Productos q salenComponente gmol H componente gmol H

C3H6

O2

N2

1.00

5.4

0.158

-22040

2221

8219

CO2

N2

O2

1.00

0.158

0.9

-30.1956

29591

211214

8236 -61151

C3H6 25 CCO2

N2

H2O20 % de Aire

O2= 0.21

N2=0.79


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