Deber Balance de Energia

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Deber Nombre: Alex Moreno Fecha: 06/05/15 Materia: Balance de Energía Carrera: Ing. Petroquímica 1. Un cierto motor de gasolina tiene una eficiencia de 30%; es decir, transforma en trabajo útil 30% del calor generado al quemar un combustible. Si el motor consume 0.80 L/h de una gasolina con vapor de calentamiento de 3 x 10 4 kJ/L, ¿cuánta potencia suministra? Exprese su respuesta en kw y en caballos de fuerza. 2. Considere un automóvil con masa de 55500 lb m que frena hasta detenerse desde una velocidad de 55 millas/h. a) ¿Cuánta energía (en Btu) se disipa como calor por la fricción del proceso de frenado? b) Suponga que en Estados Unidos se producen 300.000.000 de estos procesos de frenado en el curso un día cualquiera. Calcule la velocidad promedio (megawatts) a la cual se disipa la energía por la fricción resultante.

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Deber Nombre: Alex Moreno Fecha: 06/05/15Materia: Balance de EnergaCarrera: Ing. Petroqumica1. Un cierto motor de gasolina tiene una eficiencia de 30%; es decir, transforma en trabajo til 30% del calor generado al quemar un combustible. Si el motor consume 0.80 L/h de una gasolina con vapor de calentamiento de kJ/L, cunta potencia suministra? Exprese su respuesta en kw y en caballos de fuerza.

2. Considere un automvil con masa de 55500 que frena hasta detenerse desde una velocidad de 55 millas/h.a) Cunta energa (en Btu) se disipa como calor por la friccin del proceso de frenado?b) Suponga que en Estados Unidos se producen 300.000.000 de estos procesos de frenado en el curso un da cualquiera. Calcule la velocidad promedio (megawatts) a la cual se disipa la energa por la friccin resultante.

3. La siguiente es una versin simplificada del ciclo de vida de las bolsas para abarrotes.

A fines de la dcada de 197, los supermercados comenzaron a reemplazar las bolsas de papel por otras de polietileno (plstico). En los aos de 1980 surgi un movimiento para volver a usar papel, inspirado ante todo por consideraciones ambientales. En la dcada de 1990 surgi un movimiento contrario al anterior, afirmando que las bolsas de papel tenan un peor impacto ambiental que las de plstico. Al momento de publicar este libro, el debate contina.Las siguientes son estimaciones de las emisiones atmosfricas y el consumo de energa asociados con la adquisicin y procesamiento de la materia prima (tala de rboles, obtencin de la pulpa y fabricacin de papel, produccin de petrleo, y refinacin y polimerizacin del polietileno), la forma de desechar de bolsas, y para la manufactura y uso de stas.

Suponga que las emisiones atmosfricas y el consumo de energa no dependen de que las nuevas bolsas se fabriquen de materia prima nueva o de bolsas recicladas y que se requiere casi el doble de bolsas de plstico que de papel para guardar una cantidad dada de comestibles.a) Calcule las emisiones al aire () y el consumo de energa (Btu) por cada 1000 bolsas de papel utilizadas y por 2000 bolsas de plstico usadas, suponiendo que ninguna se recicla. b) Repita los clculos del inciso (a) suponiendo que se recicla 60% de las bolsas usadas. En qu porcentaje se reducen las emisiones atmosfricas y el consumo de nervia al reciclar cada tipo de material de las bolsas? c) Estime el nmero de bolsas que se emplean a diario en Estados Unidos (poblacin=300 millones), y calcule la tasa promedio de consumo de energa (megawatts, MW) asociada con la produccin, uso y desecho de estas bolsas, suponiendo que son de plstico y que no se reciclan. Cuntos MW se ahorraran con 60% de reciclado?d) Debe haber determinado que las emisiones atmosfricas y el consumo de energa son mayores cuando se emplea pape en vez de plstico, aunque el reciclado reduce estas diferencias. NO obstante, el hecho de decidir emplear plstico basndose por completo en este resultado podra ser un error grave. Mencione varios factores importantes que no se consideraron al tomar esta decisin, incluyendo aspectos sobre el impacto ecolgico potencial de cada tipo de bolsa.

4. Se bombea metanol lquido desde un tanque grande de almacenamiento a travs de una tubera de 1 pulgada de dimetro interno a razn de 3.00 gal/min.a) A qu velocidad en (i) ft*lb/s y (ii) hp transporta el metanol la energa cintica en la tubera?b) La alimentacin de energa electica a la bomba que transporta el metanol debe ser mayor que la cantidad calculada en el incisa (a). Qu supone que le sucede a la energa adicional? (Hay varias respuestas posibles.)

5. El aire a 300C y 130 kPa fluye a travs de una tubera horizontal de 7 cm de DI a una velocidad de 42.0 m/s . a) Calcule (W) suponiendo comportamiento ideal del gas.b) Si el aire se calienta a 400 C a presin constante, qu valor tiene c) Por qu sera incorrecto decir que la velocidad de transferencia de calor al gas es el inciso (b) debe ser igual a la velocidad de cambio de la energa cintica?

6. Suponga que vaca un galn de agua encima de un gato que est maullando a 10 pies debajo de la ventana de su recmara.a) Cunta energa potencial ( pierde el agua?b) A qu velocidad viaja el agua ( justo antes del impacto?c) Diga si es cierto o falso : la energa debe conservarse, de modo que la energa cintica del agua antes del impacto debe ser igual a la energa cintica del gato despus del impacto.

7. Adquiriste recientemente un pedazo grande de tierra en la selva del Amazonas, a un precio extremadamente bajo. Estas muy contento hasta que llegas all y te das cuenta que la fuente de electricidad ms cercana se encuentra a 1500 millas de distancia, dato que tu cuado, el agente de bienes races, olvid decirte. Como la ferretera local no vende cables de 1500 millas de largo, decides construir un generador hidroelctrico pequeo en una cada de agua de 75 m de altura, que est localizada muy cerca. La velocidad de flujo del agua de la cascada es de y se necesita 750 kW.h/semana para prender las luces, el aire acondicionado y la televisin. Calcula la mxima potencia terica disponible de la cascada, y determina si es suficiente para cubrir tus necesidades.

8.- Escribe y simplifica la ecuacin de balance de energa de un sistema cerrado para cada uno de los siguientes procesos, y determina cuando son positivos o negativos los trminos de calor y trabajo distintos de cero. Considera como ejemplo la resolucin de la parte (a), que si ilustra a continuacina) Se calienta el contenido de un matraz cerrado de 25 C a 80C.b) El matraz de la parte (a) se retira del mechero y se enfra de nuevo a 25C.c) Se lleva a cabo una reaccin qumica en un recipiente rgido cerrado adiabtico ( perfectamente aislado)d) Repite la parte (c), y considera que el reactor es isotrmico en vez de adiabtico, y que cuando se llev a cabo la reaccin adiabticamente, la temperatura del reactor aument.

9.- Si el volumen de un gas aumenta en (litros) contra una presin restauradora constante P(atm), el trabajo transferido del sistema (el gas) a los alrededores es .a) Calcula el factor de conversin de energa (J/litro.atm).b) Considera que se transfieren 200 caloras el gas en un globo, y que cuando se expande el globo del gas realiza 3.62 litro.atm de trabajo. Calcula para este proceso.c) Como la energa se conserva, el trabajo de 3.62 litro.atmque realiz el gas debe convertirse en energa cintica y/o potencial y/o interna de algo que no es el gas. En qu se convirti?.

10.- Un tanque con un pistn mvil contiene 4.00 litros de un gas a 30C y 5.00 bars. El pistn se mueve lentamente hasta comprimir el gas a 8.00 bars.a) Considera el gas que est dentro del tanque como el sistema y desprecia ; escribe y simplifica la ecuacin del balance de energa. No supongas que el proceso es isotrmico en esta parte.b) Considera ahora que el proceso se efecta isotrmicamente, y que el trabajo de compresin sobre el gas es igual a 6.75 litros.bar. Si el gas es ideal, de manera que U es una funcin solo de T, Cunto calor (J) se absorbe o se transfiere ( determina lo que ocurre) a los alrededores?. (Utiliza la tabla de la constante de los gases del apndice C del libro para determinar el factor necesario para convertir litro.bar en (J)?c) Supongamos ahora que el proceso es adiabtico, y que U aumenta cuando T aumenta. La temperatura final del sistema es mayor, igual o menor a 30C? Indica brevemente tu razonamiento.

11.- un cilindro que tiene adaptado un piston de dimetro de 6 cm contiene 1.40g de nitrgeno la masa del piston es 4,50 kg y se coloca un peso de 20.00 kg sobre el piston. La temperatura del gas es 30c y la presin fuera del cilindro es 1 atm.a) Compruebe que la presiion absoluta en el cilindro es 1.86x1 Pa. Despues calcule el volumen ocupada por el gas suponiendo comportamiento ideal de este.b) Ahora suponga que el peso se retira de manera abrupta y el piston se eleva hasta alcanzar una nueva posicion de equilibrio. Ademas suponga que el proceso se realiza en dos pasos: uno rapido, en el cual una cantidad despreciable de calor se intercamia con los alrededores, seguido por uno lento, donde el gas regresa a 30 C. considerando al gas como el sistema, escriba los balances de energia para el paso 1, el 2 y el proceso total. En todos los casos desprecie Ek y Ep. Si U varia de manera proporcional con Taumenta o disminuye la temperatura del gas en el paso 1? Explique su respuesta breve.

c) El trabajo realizado por el gas es igual a la fuerza de restriccion (el peso del piston mas la fuerza debida a la presion atmosferica) multiplicado por la distancia que recorre el piston. Calcule esta cantidad y usela para determinar el calor transferido a o desde(diga cual) los alrededores en el curso del proceso

12.- El oxigeno a 150 K y 41.64 atm tiene un volumen especifico tabulado de 4.684 y una energia interna especifica de 1706 . Calcule la entalpia especifica del oxigeno en este estado

13.- A continuacin se dan los valores de la energa interna especfica del bromo en tres condiciones:

a) Qu estado de referencia se emple para generar las energas internas especficas anteriores?b) Calcule U () para un proceso en el cual se condensa vapor de bromo a 300 K a presin constante. Despus, calcule H () para el mismo proceso, por ultimo calcule H (KJ) para 5 mol de bromo sometidos al proceso.c) El vapor de bromo en un recipiente de 5 litros a 300k y 0,25 bar se calentara hasta 340K. Calcule el calor (KJ) que se debe transferir al gas para lograr al aumento deseado de temperatura suponiendo que U es independiente de la presin.d) En la realidad, sera necesario transferir ms calor del calculado en el inciso(c) en el recipiente para que la temperatura del gas se eleva a 40 K por varios motivos. Indique dos de ellos