13-1C ¿Qué son la fracción másica y la fracción molar? Get solution
13-2C Considere una mezcla de varios gases de masas idénticas.
¿Serán idénticas todas las fracciones másicas? ¿Y las
fracciones molares? Get solution
13-3C La suma de las fracciones molares para una mezcla
de gases ideales es igual a 1. ¿Esto también es verdad para
una mezcla de gases reales? Get solution
13-4C Alguien afirma que las fracciones másica y molar
de una mezcla de CO2 y N2O son idénticas. ¿Es cierto? ¿Por
qué? Get solution
13-5C Considere una mezcla de dos gases. ¿La masa molar
aparente de esta mezcla se puede determinar simplemente
tomando el promedio aritmético de las masas molares de los
gases individuales? ¿Cuándo será éste el caso? Get solution
13-6C ¿Cuál es la masa molar aparente para una mezcla de
gases? ¿La masa de cada molécula en la mezcla es igual a la
masa molar aparente? Get solution
13-7 Usando las definiciones de fracción másica y fracción
molar, deduzca una relación entre éstas. Get solution
13-8 Considere una mezcla de dos gases A y B. Demuestre
que, cuando se conocen las fracciones másicas fmA y fmB, las
fracciones molares se pueden determinar por
donde MA y MB son las masas molares de A y de B. Get solution
13-9 La fracción de peso de un componente en una mezcla
de varias sustancias se define como el peso del componente
solo dividido entre el peso total de la mezcla. ¿Cuál es la relación
entre la fracción de peso y la fracción de masa? Get solution
13-10E Una mezcla gaseosa consiste en 3 lbmol de helio,
1.5 lbmol de oxígeno, 0.3 lbmol de vapor de agua y 25 lbmol
de nitrógeno. Determine la fracción molar de los diversos
constituyentes y el peso molecular aparente de esta mezcla,
en lbm/lbmol. Get solution
13-11 Una mezcla de gases consiste en 5 kg de O2, 8 kg de
N2 y 10 kg de CO2. Determine a) la fracción másica de cada
componente, b) la fracción molar de cada componente, y c) la
masa molar promedio y la constante del gas de la mezcla. Get solution
13-12 Determine las fracciones molares de una mezcla de
gases que consiste en 75 por ciento de CH4 y 25 por ciento
de CO2 a base másica. Asimismo, determine la constante del
gas de la mezcla. Get solution
13-13 Una mezcla de gases consiste en 5 kmol de H2 y 4
kmol de N2. Determine la masa de cada gas y la constante del
gas aparente para la mezcla.
Get solution
13-14 Una mezcla de gases consiste en 20 por ciento de O2,
30 por ciento de N2 y 50 por ciento de CO2, basados en masa.
Determine el análisis volumétrico de la mezcla y la constante
del gas aparente.
Get solution
13-15C ¿Una mezcla de gases ideales es también un gas
ideal? Dé un ejemplo. Get solution
13-16C Exprese la ley de Dalton de presiones aditivas. ¿Esta
ley es exactamente válida para mezclas de gases ideales? ¿Y
para mezclas de gases no ideales? Get solution
13-17C Exprese la ley de Amagat de volúmenes aditivos.
¿Esta ley es exactamente válida para mezclas de gases ideales?
¿Y para mezclas de gases no ideales? Get solution
13-18C ¿Cómo se expresa el comportamiento P-v-T de
un componente en una mezcla de gases ideales? ¿Cómo se
expresa el comportamiento P-v-T del componente en una
mezcla de gases reales? Get solution
13-19C ¿Cuál es la diferencia entre la presión del componente
y la presión parcial? ¿Cuándo son equivalentes las dos? Get solution
13-20C ¿Cuál es la diferencia entre el volumen del componente
y el volumen parcial? ¿Cuándo son equivalentes los
dos? Get solution
13-21C En una mezcla de gases, ¿cuál componente tendrá
la presión parcial más alta, el que tiene un número mayor de
moles o el que tiene una masa molar mayor? Get solution
13-22C Considere un recipiente rígido que contiene una mezcla
de dos gases ideales. Se abre una válvula y escapa algo de
gas. Como resultado, la presión del recipiente cae. ¿La presión
parcial de cada componente cambiará? ¿Y la fracción de
presión de cada componente? Get solution
13-23C Considere un recipiente rígido que contiene una
mezcla de dos gases ideales. La mezcla de gases se calienta y
la presión y la temperatura del recipiente suben. ¿La presión
parcial de cada componente cambiará? ¿Y la fracción de presión
de cada componente? Get solution
13-24C ¿Es correcta la siguiente afirmación: El volumen de
una mezcla de gases ideales es igual a la suma de los volúmenes
de cada gas individual en la mezcla? Si no, ¿cómo la
corregiría usted? Get solution
13-25C ¿Es correcta la siguiente afirmación: La temperatura
de una mezcla de gases ideales es igual a la suma de las temperaturas
de cada gas individual en la mezcla? Si no, ¿cómo
la corregiría usted? Get solution
13-26C ¿Es correcta la siguiente afirmación: La presión de
una mezcla de gases ideales es igual a la suma de las presiones
parciales de cada gas individual en la mezcla? Si no,
¿cómo la corregiría usted? Get solution
13-27C Explique cómo se puede tratar una mezcla de gases
reales como una sustancia pseudopura usando la regla de Kay. Get solution
13-28 Los contaminantes atmosféricos se miden con frecuencia
en partes por millón (por volumen). ¿Cuál sería la presión
parcial del refrigerante 134a en el aire atmosférico a 100 kPa
y 20 °C para constituir un contaminante de 100 ppm? Get solution
13-29 Un recipiente rígido contiene 0.5 kmol de Ar y 2
kmol de N2 a 250 kPa y 280 K. La mezcla se calienta ahora a
400 K. Determine el volumen del recipiente y la presión final
de la mezcla. Get solution
13-30 Una mezcla de gases consiste en 30 por ciento de
hidrógeno, 40 por ciento de helio y 30 por ciento de nitrógeno
por volumen. Calcule las fracciones másicas y el peso molecular
aparente de esta mezcla. Get solution
13-31 En una mezcla de gases ideales, las presiones parciales
de los gases componentes son como sigue: CO2, 12.5 kPa;
O2, 37.5 kPa, y N2, 50 kPa. Determine las fracciones molares
y fracciones másicas de cada componente. Calcule la masa
molar aparente, la constante aparente de la mezcla de los
gases, el calor específico a volumen constante, y la relación
de calores específicos a 300 K para la mezcla. Get solution
13-32 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
del agua en los productos, en kPa? Get solution
13-33 Un ingeniero ha propuesto mezclar oxígeno adicional
con el aire normal en los motores de combustión interna
para controlar algunos de los productos de escape. Si se
mezcla una cantidad adicional de 5 por ciento (por volumen)
de oxígeno con el aire normal atmosférico, ¿cómo cambiará
esto el peso molecular de la mezcla? Get solution
13-34 Un recipiente rígido que contiene 2 kg de N2 a 25 °C
y 550 kPa está conectado a otro recipiente rígido que contiene
4 kg de O2 a 25 °C y 150 kPa. Se abre la válvula que conecta
los dos recipientes y se permite que los dos gases se mezclen.
Si la temperatura final de la mezcla es de 25 °C, determine el
volumen de cada recipiente y la presión final de la mezcla. Get solution
13-35 Una mezcla de gases consiste en 0.1 kg de oxígeno,
1 kg de dióxido de carbono y 0.5 kg de helio. Esta mezcla
se mantiene a 100 kPa y 27 °C. Determine el peso molecular
aparente de esta mezcla, el volumen que ocupa, el volumen
parcial del oxígeno y la presión parcial del helio.
Get solution
13-36 Una mezcla de gases de hidrocarburos está compuesta
de 60 por ciento de metano, 25 por ciento de propano y 15 por
ciento de butano, por peso. Determine el volumen ocupado
por 100 kg de esta mezcla cuando su presión es de 3 MPa y
su temperatura es de 37 °C. Get solution
13-37E Un tanque de buceador de 7 pies3 está lleno de una
mezcla de oxígeno, nitrógeno y helio. Las fracciones másicas
de estos constituyentes son: 45 por ciento de N2, 35 por
ciento de O2 y 20 por ciento de He. Determine la masa de la
mezcla en el tanque, cuando la presión y la temperatura son:
300 psia y 60 °F, y los volúmenes parciales del oxígeno, del
nitrógeno y del helio. Get solution
13-38 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
el metano? Get solution
13-39 Se llena un contenedor con 1 kg de un fluido cuyo volumen
específico es de 0.001 m3/kg, y 2 kg de un fluido cuyo
volumen específico es de 0.008 m3/kg. ¿Cuál es el volumen
del contenedor, en m3, y el peso total, en N, del contenido, en
una ubicación donde g = 9.6 m/s2? Get solution
13-40E Una mezcla contiene 70 por ciento en volumen de
agua líquida, cuya densidad es de 62.4 lbm/pies3, y otro fluido
cuya densidad es de 50.0 lbm/pies3. ¿Cuál es el peso específico,
en lbf/pies3, de esta mezcla, en una ubicación donde g =
31.9 pies/s2? Get solution
13-41 Se forma una mezcla de aire y metano en el cabezal
múltiple de entrada de un motor de combustión interna de gas
natural. La fracción molar del metano es de 15 por ciento.
Este motor se opera a 3 000 rpm, y tiene un desplazamiento
de 5 L. Determine el flujo másico de esta mezcla en el cabezal,
donde la presión y la temperatura son de 80 kPa y 20 °C.
Get solution
13-42E Fluye gas natural (95 por ciento de metano y 5 por
ciento de etano, por volumen) por una línea de tubería de 36
pulg de diámetro, con una velocidad de 10 pies/s. La presión
en la línea es de 100 psia, y la temperatura es de 60 °F. Calcule
los flujos másico y volumétrico en esta tubería. Get solution
13-43 Un recipiente rígido contiene 2 kmol de gas Ar
a 280 K y 3 MPa. Se abre una válvula y se deja
que 4 kmol de gas N2 entren al recipiente a 190 K y 8 MPa.
La temperatura final de la mezcla es de 230 K. Determine la
presión de la mezcla, con a) la ecuación de estado de gas ideal
y b) la gráfica de compresibilidad y la ley de Dalton. Get solution
13-44 Reconsidere el problema 13-43 usando el software
EES (u otro), estudie el efecto de variar
los moles de nitrógeno que se suministra al recipiente en el
rango de 1 a 10 kmol de N2. Grafique la presión final de la
mezcla como función de la cantidad de nitrógeno suministrado,
usando la ecuación de estado para gases ideales y el
diagrama de compresibilidad con la ley de Dalton. Get solution
13-45E Una mezcla gaseosa consiste en 75 por ciento de
metano y 25 por ciento de etano, por masa. Un millón de pies
cúbicos de esta mezcla están atrapados en una formación geológica
como gas natural a 300 °F y 2 000 psia. Determine la
masa de este gas a) considerándolo como una mezcla de gases
ideales, b) usando un factor de compresibilidad basado en la
ley de Dalton de presiones aditivas, c) usando un factor de
compresibilidad basado en la ley de volúmenes aditivos y d)
usando la presión y la temperatura pseudocríticas de Kay. Get solution
13-46E El análisis volumétrico de una mezcla de gases es
30 por ciento de oxígeno, 40 por ciento de nitrógeno, 10 por
ciento de dióxido de carbono y 20 por ciento de metano. Esta
mezcla fluye por un tubo de 2 cm de diámetro a 8 000 kPa
y 15 °C con una velocidad de 3 m/s. Determine los flujos
volumétrico y másico de esta mezcla a) tratándola como una
mezcla de gases ideales, b) usando un factor de compresibilidad
basado en la ley de Amagat de volúmenes aditivos, y c)
usando la presión y temperatura pseudocríticas de Kay. Get solution
13-47C ¿La energía interna total de una mezcla de gases
ideales es igual a la suma de las energías internas de cada gas
individual en la mezcla? Responda a la misma pregunta para
una mezcla de gases reales. Get solution
13-48C ¿La energía interna específica de una mezcla de
gases es igual a la suma de las energías internas específicas
de cada gas individual en la mezcla? Get solution
13-49C Responda los problemas 13-47C y 13-48C para
entropía. Get solution
13-50C ¿El cambio de energía interna total de una mezcla
de gases ideales es igual a la suma de los cambios de energía
interna de cada gas individual en la mezcla? Responda a la
misma pregunta para una mezcla de gases reales. Get solution
13-51C Al evaluar el cambio de entropía de los componentes
de una mezcla de gases ideales, ¿se tiene que usar
la presión parcial de cada componente o la presión total de la
mezcla? Get solution
13-52C Suponga que se quiere determinar el cambio de
entalpía de una mezcla de gases reales que sufre un proceso.
El cambio de entalpía de cada gas individual se determina
usando el diagrama generalizado de entalpía, y el cambio de
entalpía de la mezcla se determina sumando los cambios individuales.
¿Este método es exacto? Explique. Get solution
13-53 El análisis volumétrico de una mezcla de gases es
30 por ciento de oxígeno, 40 por ciento de nitrógeno, 10 por
ciento dióxido de carbono y 20 por ciento de metano. Esta
mezcla se calienta de 20 °C a 200 °C mientras fluye por un
tubo en el que la presión se mantiene a 150 kPa. Determine
la transferencia de calor a la mezcla por unidad de masa de la
mezcla. Get solution
13-54E Un dispositivo de cilindro-émbolo contiene una mezcla
de helio y nitrógeno, con una fracción másica de nitrógeno
de 35 por ciento. El dispositivo está ajustado para mantener
una presión fija de 100 psia. Determine el trabajo producido,
en Btu/lbm, cuando se calienta este dispositivo de 100 °F a
500 °F. Get solution
13-55 Una mezcla de gases consiste en 30 por ciento de
hidrógeno, 40 por ciento de helio y 30 por ciento de nitrógeno,
por volumen. La mezcla se expande isentrópicamente
de 5 000 kPa y 600 °C a 200 kPa. Calcule el trabajo producido
por unidad de masa de la mezcla. Get solution
13-56 Las fracciones másicas de una mezcla de gases son 15
por ciento de nitrógeno, 5 por ciento de helio, 60 por ciento
de metano y 20 por ciento de etano. Esta mezcla está confinada
en un recipiente rígido bien aislado de 10 m3, a 200 kPa
y 20 °C. Se hace girar una rueda de paletas en el recipiente
hasta que se haya realizado un trabajo de 100 kJ sobre la mezcla.
Calcule la presión y la temperatura finales de la mezcla.
Get solution
13-57 Se suministran propano y aire a un motor de combustión
interna de tal manera que la relación aire-combustible es de
16 cuando la presión es de 95 kPa y la temperatura es de 30 °C.
La relación de compresión del motor es de 9.5. Si el proceso
de compresión es isentrópico, determine la entrada necesaria de
trabajo para este proceso de compresión, en kJ/kg de la mezcla. Get solution
13-58 Un recipiente rígido aislado está dividido en dos
compartimientos mediante una mampara. Un compartimiento
contiene 2.5 kmol de CO2 a 27 °C y 200 kPa, y el otro compartimiento
contiene 7.5 kmol de gas H2 a 40 °C y 400 kPa.
Ahora se quita la mampara y se permite que se mezclen los
dos gases. Determine a) la temperatura de la mezcla y b) la
presión de la mezcla después de haberse establecido el equilibrio.
Suponga calores específicos constantes a temperatura
ambiente para ambos gases. Get solution
13-59 Una mezcla de gases de hidrocarburos está compuesta
de 60 por ciento de metano, 25 por ciento de propano y 15
por ciento de butano (por peso). Esta mezcla se comprime de
100 kPa y 20 °C a 1.000 kPa en un compresor reversible, isotérmico,
de flujo estacionario. Calcule el trabajo y la transferencia
de calor para esta compresión por unidad de masa de
la mezcla. Get solution
13-60 Durante el proceso de expansión de un ciclo ideal de
Otto, el gas es una mezcla cuya composición volumétrica es
30 por ciento de nitrógeno, 10 por ciento de oxígeno, 35 por
ciento de agua y 25 por ciento de dióxido de carbono. Calcule
la eficiencia térmica de este ciclo cuando el aire al inicio de la
compresión está a 90 kPa y 15 °C, la relación de compresión es
de 8 y la temperatura máxima del ciclo es de 1.100 °C. Modele
los procesos de adición de calor y rechazo de calor usando
propiedades constantes del gas que son el promedio de las propiedades
del aire y las del gas en expansión. Get solution
13-61 ¿Cómo se compara la eficiencia térmica del ciclo del
problema 13-60 con la predicha por el análisis de aire estándar? Get solution
13-62E El gas que pasa por la turbina de un ciclo ideal
Brayton simple tiene una composición volumétrica de 20 por
ciento de nitrógeno, 5 por ciento de oxígeno, 40 por ciento de
dióxido de carbono y 35 por ciento de vapor de agua. Calcule
la eficiencia térmica de este ciclo cuando el aire entra al
compresor a 10 psia y 40 °F, la relación de presiones es de 6 y
la temperatura a la salida de la turbina es de 1.400 °F. Modele
los procesos de adición y rechazo de calor usando propiedades
constantes del gas iguales al promedio de las propiedades del
aire y las del gas de la turbina. Get solution
13-63E ¿Cómo se compara la eficiencia térmica del ciclo
del problema 13-62E con la predicha por el análisis de aire
estándar? Get solution
13-64E Una mezcla gaseosa consiste en 75 por ciento de
metano y 25 por ciento de etano, por masa. Una cantidad
de un millón de pies cúbicos de esta mezcla está atrapada en una
formación geológica como gas natural a 300 °F y 2 000 psia.
Este gas natural se bombea de la profundidad de 6.000 pies
hasta la superficie. En la superficie, la presión del gas es de
20 psia y su temperatura es de 200 °F. Usando la regla de Kay
y el diagrama de desviación de entalpía, calcule el trabajo
necesario para bombear este gas. Get solution
13-65E Una mezcla de gases de 65 por ciento de N2 y
35 por ciento de CO2 (sobre la base de masa)
entra a la tobera aceleradora de un motor de propulsión a 60
psia y 1.400 R con una baja velocidad y se expande a una
presión de 12 psia. Si la eficiencia isentrópica de la tobera es
de 88 por ciento, determine a) la temperatura de salida y b) la
velocidad de salida de esta mezcla. Suponga calores específicos
constantes a temperatura ambiente. Get solution
13-66E Reconsidere el problema 13-65E. Usando el
software EES (u otro), resuelva primero el problema
planteado y luego, con todas las demás condiciones iguales,
resuelva el problema para determinar la composición de
nitrógeno y dióxido de carbono necesaria para tener una velocidad
de salida de 2.200 pies/s a la salida de la tobera. Get solution
13-67 Una mezcla de hidrógeno y oxígeno tiene una fracción
másica de hidrógeno de 0.33. Determine la diferencia en
la entropía de la mezcla entre un estado de 750 kPa, 150 °C y
otro estado de 150 kPa, 150 °C, en kJ/kg · K. Get solution
13-68 Un dispositivo de cilindro-émbolo contiene una mezcla
de 0.5 kg de H2 y 1.6 kg de N2 a 100 kPa y 300 K. Ahora
se transfiere calor a la mezcla a presión constante hasta que el
volumen se duplica. Suponiendo calores específicos constantes
a la temperatura promedio, determine a) la transferencia
de calor, y b) el cambio de entropía de la mezcla. Get solution
13-69 Entran etano (C2H6) a 15 °C y 300 kPa y metano
(CH4) a 60 °C y 300 kPa a una cámara adiabática
de mezclado. El flujo másico de etano es de 6 kg/s, que es
el doble del flujo másico del metano. Determine a) la temperatura
de la mezcla, y b) la tasa de generación de entropía
durante este proceso, en kW/K. Get solution
13-70 Reconsidere el problema 13-69. Usando el software
EES (u otro), determine el efecto de la fracción
másica de metano en la mezcla sobre la temperatura de la
mezcla, y la tasa de destrucción de exergía. El flujo másico total
se mantiene constante a 9 kg/s, y la fracción másica de metano
varía de 0 a 1. Grafique la temperatura de la mezcla y la tasa de
destrucción de exergía contra la fracción másica y explique los
resultados. Tome T0 = 25 °C. Get solution
13-71E En una planta de aire líquido, se propone que la presión
y la temperatura del aire, que inicialmente están a 1.500
psia y 40 °F, se reduzcan adiabáticamente a 15 psia y -100 °F.
Usando la regla de Kay y los diagramas de desviación, determine
si esto es posible. En caso afirmativo, ¿cuánto trabajo producirá
este proceso por unidad de masa? Get solution
13-72 Un dispositivo de cilindro-émbolo contiene 6 kg de H2
y 21 kg de N2 a 160 K y 5 MPa. Ahora se transfiere calor al
dispositivo, y la mezcla se expande a presión constante hasta
que la temperatura se eleva a 200 K. Determine la transferencia
de calor durante este proceso tratando la mezcla a) como
gas ideal, y b) como gas no ideal, y usando la ley de Amagat. Get solution
13-73 Determine el cambio total de entropía y la destrucción
de exergía asociados con el proceso que se describe en el problema 13-72 tratando la mezcla a) como gas ideal, y b) como
gas no ideal, y usando la ley de Amagat. Suponga calores específicos
constantes a temperatura ambiente y tome T0 = 30 °C. Get solution
13-74 Se comprime isotérmicamente aire, que se puede
considerar como una mezcla de 79 por ciento de N2 y 21 por
ciento de O2 por número de moles, a 290 K, de 2 a 8 MPa, en
un dispositivo de flujo estacionario. El proceso de compresión
es internamente reversible, y el flujo másico de aire es de 1.75
kg/s. Determine la entrada de potencia al compresor y la tasa
de rechazo de calor tratando la mezcla a) como gas ideal, y b)
como gas no ideal, y usando la ley de Amagat. Get solution
13-75 Reconsidere el problema 13-74. Usando el software
EES (u otro), compare los resultados obtenidos
suponiendo comportamiento ideal, comportamiento de
gas real con la ley de Amagat y comportamiento de gas real
con datos de EES. Get solution
13-76 Dos corrientes de masas de dos gases ideales diferentes
se mezclan en una cámara de flujo estacionario mientras
reciben energía por transferencia de calor del entorno. El proceso
de mezcla tiene lugar a presión constante, sin trabajo, y
con cambios despreciables en las energías cinética y potencial.
Suponga que los gases tienen calores específicos constantes.
a) Determine la expresión para la temperatura final de la mezcla,
en términos de la razón de transferencia de calor a la
cámara de mezcla y los flujos másicos, calores específicos
y temperaturas de las tres corrientes de masa.
b) Obtenga una expresión para el flujo volumétrico de salida
en términos de la razón de transferencia de calor a la
cámara de mezcla, la presión de la mezcla, la constante
universal de los gases y los calores específicos y las masas
molares de los gases de entrada y de la mezcla de salida.
c) Para el caso especial de mezclado adiabático, demuestre
que el flujo volumétrico de salida es función de los dos
flujos volumétricos de entrada y de los calores específicos
y masas molares de las entradas y la salida.
d) Para el caso especial de mezclado adiabático de los mismos
gases ideales, demuestre que el flujo volumétrico de salida
es función de los dos flujos volumétricos de entrada. Get solution
13-77C Es experiencia común que dos gases que se ponen
en contacto se mezclan por sí mismos. En el futuro, ¿podría
ser posible inventar un proceso que permitiera a una mezcla
separarse en sus componentes por sí misma sin ningún suministro
de trabajo (ni exergía)? Get solution
13-78C Un volumen de un líquido de 2 L se mezcla con 3 L
de otro líquido, formando una solución líquida homogénea a
la misma temperatura y presión. ¿El volumen de la solución
puede ser más o menos que los 5 L? Explique. Get solution
13-79C Un volumen de 2 L de un líquido a 20 °C se mezcla
con 3 L de otro líquido a la misma temperatura y presión en un
contenedor adiabático, formando una solución líquida homogénea.
Alguien afirma que la temperatura de la mezcla se elevó a
22 °C después del mezclado. Otra persona refuta esta afirmación
diciendo que ésta sería una violación de la primera ley de
la termodinámica. ¿Quién cree usted que tiene razón? Get solution
13-80C ¿Qué es una solución ideal? Comente sobre el cambio
de volumen, el cambio de entalpía, el cambio de entropía
y el cambio de potencial químico durante la formación de
soluciones ideales y no ideales. Get solution
13-81 Se va a usar agua salobre a 12 °C con contenido
total de sólidos disueltos (TDS, por sus siglas en inglés)
780 ppm (una salinidad de 0.078 por ciento a base másica),
para producir agua dulce con contenido despreciable de sal, a
razón de 280 L/s. Determine el mínimo suministro de potencia
necesario. También determine la altura mínima a la que el
agua salobre se debe bombear si el agua dulce se va a obtener
por ósmosis inversa usando membranas semipermeables. Get solution
13-82 Un río descarga en el mar a razón de 150,000 m3/s.
Determine la cantidad de potencia que se puede generar si el
agua del río se mezcla reversiblemente con el agua de mar.
Tome la salinidad del mar como 2.5 por ciento a base másica,
y suponga que tanto el río como el mar están a 15 °C. Get solution
13-83 Reconsidere el problema 13-82. Usando software
EES (u otro), investigue el efecto de la salinidad
del mar sobre la potencia máxima generada. Suponga que la
salinidad varía de 0 a 5 por ciento. Grafique la potencia producida
contra la salinidad del mar, y explique los resultados. Get solution
13-84E Se va a obtener agua dulce a partir de agua salobre
a 65 °F con una salinidad de 0.12 por ciento a base másica (o
TDS 1.200 ppm). Determine a) las fracciones molares del
agua y las sales en el agua salada, b) la mínima entrada de
trabajo necesaria para separar 1 lbm de agua salobre completamente
en agua pura y sales puras, y c) la entrada mínima de
trabajo necesaria para obtener 1 lbm de agua dulce. Get solution
13-85 Una planta de desalinización produce agua dulce a
partir de agua de mar a 10 °C con una salinidad de 3.2 por
ciento a base másica, a razón de 1.4 m3/s, consumiendo 8.5
MW de potencia. El contenido de sal del agua dulce es despreciable,
y la cantidad de agua dulce producida es una pequeña
fracción del agua de mar que se usa. Determine la eficiencia
según la segunda ley de esta planta. Get solution
13-86 Se obtiene agua dulce a partir de agua de mar a razón
de 1.7 m3/s mediante una planta de desalinización que consume
11.5 MW de potencia y tiene una eficiencia según la
segunda ley de 25 por ciento. Determine la potencia que se
puede producir si el agua dulce producida se mezcla con el
agua de mar reversiblemente. Get solution
13-87E ¿Es posible que un separador adiabático de fase
líquida y de vapor separe vapor húmedo de agua a 100 psia
y de 90 por ciento de calidad de modo que la presión de los
flujos de salida sea mayor que 100 psia? Get solution
13-88 Usando la ley de Dalton, demuestre que
para una mezcla de gases reales de k gases, donde Z es el factor
de compresibilidad. Get solution
13-89 Una aproximación de mezcla de gases ideales a la
constitución de aire seco sobre la base de porcentaje volumétrico
a 100 kPa es como sigue: 78 por ciento de N2, 21 por
ciento de O2 y 1 por ciento de Ar. Determine las fracciones
molares, las fracciones másicas y la presión parcial de cada
componente. Calcule la masa molar aparente, la constante de
gases aparente y el calor específico a presión constante a 300
K para la mezcla. Compare sus respuestas con las que se dan
en la tabla A-1 y en la tabla A-2a). Get solution
13-90 Los productos de combustión de un combustible de
hidrocarburos y aire están compuestos de 8 kmol de CO2,
9 kmol de H2O, 12.5 kmol de O2 y 94 kmol de N2. Si la presión
de la mezcla es de 100 kPa, determine la presión parcial
del vapor de agua en la mezcla de gases productos de la combustión,
y la temperatura a la cual comenzaría a condensar el
agua cuando los productos se enfríen a presión constante. Get solution
13-91 Una mezcla de gases consiste de 0.1 kg de oxígeno,
1 kg de dióxido de carbono y 0.5 kg de helio. Esta mezcla
se comprime a 17 500 kPa y 20 °C. Determine la masa de
este gas contenida en un recipiente de 0.3 m3 a) considerándolo
como una mezcla de gases ideales, b) usando un factor
de compresibilidad basado en la ley de Dalton de presiones
aditivas, c) usando un factor de compresibilidad basado en la
ley de volúmenes aditivos, y d) usando la presión y la temperatura
pseudocríticas de Kay. Get solution
13-92 Una mezcla de dióxido de carbono y nitrógeno fluye
por una tobera convergente. La mezcla sale de la tobera a una
temperatura de 500 K, con una velocidad de 360 m/s. Si la
velocidad de la mezcla a la salida es igual a la velocidad del
sonido a la temperatura de la mezcla a la salida, determine la
composición de la mezcla, a base másica. Get solution
13-93E Una mezcla de gases que consiste en 0.1 lbmol de
nitrógeno y 0.2 lbmol de oxígeno llena un dispositivo de cilindro-
émbolo. Inicialmente, este gas está a 300 psia y ocupa 5
pies3. Luego se deja que la mezcla se expanda a 10 pies3 manteniendo
constante su temperatura. Determine el trabajo total
producido durante este proceso, en Btu. Get solution
13-94 Una mezcla de nitrógeno y dióxido de carbono tiene
una fracción molar de nitrógeno de 85 por ciento. Determine
el trabajo, en kJ/kg, necesario para comprimir esta mezcla isotérmicamente
en un dispositivo de cilindro-émbolo, de 100
kPa y 27 °C a 500 kPa. Get solution
13-95 Una mezcla de gases ideales tiene una relación de calores
específicos de k = 1.35, y un peso molecular aparente de
M = 32 kg/kmol. Determine el trabajo, en kJ/kg, que se necesita
para comprimir isentrópicamente la mezcla en un sistema cerrado
de 100 kPa y 20 °C a 1.000 kPa. Get solution
13-96 Un dispositivo de cilindro-émbolo actuado por resorte
contiene una mezcla de gases cuyas fracciones de presión son:
25 por ciento de Ne, 50 por ciento de O2 y 25 por ciento de
N2. El diámetro del pistón y el resorte se seleccionan para este
dispositivo de tal manera que el volumen es de 0.1 m3 cuando
la presión es de 200 kPa, y 1.0 m3 cuando la presión es de
1 000 kPa. Inicialmente, el gas se agrega a este dispositivo
hasta que la presión es de 200 kPa y la temperatura es de 10
°C. Ahora se calienta el dispositivo hasta que la presión es de
500 kPa. Calcule el trabajo total y la transferencia de calor
para este proceso. Get solution
13-97 El dispositivo de cilindro-émbolo del problema 13-96
se llena con una mezcla cuya masa es de 55 por ciento de
nitrógeno y 45 por ciento de dióxido de carbono. Inicialmente,
esta mezcla está a 200 kPa y 45 °C. El gas se calienta hasta
que el volumen se ha duplicado. Calcule el trabajo total y la
transferencia de calor para este proceso. Get solution
13-98 Calcule el trabajo total y la transferencia de calor que
se necesitan para triplicar la presión inicial de la mezcla del
problema 13-97 cuando se calienta en el dispositivo de cilindro-
émbolo equipado con resorte. Get solution
13-99 Un recipiente rígido contiene una mezcla de 4 kg de
He y 8 kg de O2 a 170 K y 7 MPa. Ahora se transfiere calor
al recipiente, y la temperatura de la mezcla se eleva a 220 K.
Tratando el He como gas ideal y el O2 como gas no ideal,
determine a) la presión final de la mezcla, y b) la transferencia
de calor. Get solution
13-100 Una mezcla de 75 por ciento de dióxido de carbono
y 25 por ciento de metano, a base molar, se expande a través
de una turbina, de 1.300 K y 1 000 kPa a 100 kPa. El
flujo volumétrico a la entrada de la turbina es de 180 L/s.
Determine la tasa de trabajo que realiza la mezcla usando a)
aproximación de gas ideal, y b) regla de Kay. Get solution
13-101 Una corriente estacionaria de una mezcla equimolar
de N2 y CO2 a 120 kPa y 27 °C se debe separar en gases N2 y
CO2 a 120 kPa y 27 °C. Determine el trabajo mínimo necesario
por unidad de masa de la mezcla para realizar este proceso
de separación. Suponga T0 = 27 °C. Get solution
13-102E Las fracciones másicas de una mezcla de gases son
de 15 por ciento nitrógeno, 5 por ciento de helio, 60 por ciento
de metano y 20 por ciento de etano. Esta mezcla se expande de
400 psia y 500 °F a 20 psia en una turbina adiabática de flujo
uniforme con 85 por ciento de eficiencia isentrópica. Calcule
la eficiencia de la segunda ley y la destrucción de exergía
durante este proceso de expansión. Considere T0 = 77 °F. Get solution
13-103 Usando el software EES (u otro), escriba un
programa para determinar las fracciones molares
de los componentes de una mezcla de tres gases con masas
molares conocidas cuando las fracciones másicas se conocen,
y para determinar las fracciones másicas de los componentes
cuando se conocen las fracciones molares. Corra el programa
para un caso de muestra y dé los resultados. Get solution
13-104 Usando el software EES (u otro), escriba un
programa para determinar el cambio de entropía
de una mezcla de tres gases ideales cuando se conocen las
fracciones de masa y las otras propiedades de los gases constituyentes.
Corra el programa para un caso muestra y dé los
resultados. Get solution
13-105 Una mezcla de gases ideales cuya masa molar aparente
es de 20 kg/kmol consiste en N2 y otros tres gases. Si la
fracción molar de nitrógeno es de 0.55, su fracción másica es
a) 0.15 b) 0.23 c) 0.39 d ) 0.55 e) 0.77 Get solution
13-106 Una mezcla de gases ideales consiste en 2 kmol de N2
y 6 kmol de CO2. La fracción másica de CO2 en la mezcla es
a) 0.175 b) 0.250 c) 0.500 d ) 0.750 e) 0.875 Get solution
13-107 Una mezcla de gases ideales consiste en 2 kmol de N2
y 4 kmol de CO2. La constante del gas aparente de la mezcla es
a) 0.215 kJ/kg K b) 0.225 kJ/kg K c) 0.243 kJ/kg K
d) 0.875 kJ/kg K e) 1.24 kJ/kg K Get solution
13-108 Un recipiente rígido está dividido en dos compartimientos
por una mampara. Un compartimiento contiene 3 kmol
de N2 a 400 kPa, y el otro contiene 7 kmol de CO2 a 200 kPa.
Ahora se quita la mampara y los dos gases forman una mezcla
homogénea a 250 kPa. La presión parcial de N2 en la mezcla es
a) 75 kPa b) 90 kPa c) 125 kPa d ) 175 kPa e) 250 kPa Get solution
13-109 Un recipientte rígido de 80 L contiene una mezcla
de gases ideales de 5 g de N2 y 5 g de CO2 a una presión y
una temperatura especificadas. Si el N2 se separara de la mezcla
y se almacenara a la temperatura y la presión de la mezcla,
su volumen sería
a) 32 L b) 36 L c) 40 L d) 49 L e) 80 L Get solution
13-110 Una mezcla de gases ideales consiste en 3 kg de Ar
y 6 kg de CO2. La mezcla se calienta ahora a volumen constante
de 250 K a 350 K. La cantidad de calor transferida es
a) 374 kJ b) 436 kJ c) 488 kJ
d ) 525 kJ e) 664 kJ Get solution
13-111 Una mezcla de gases ideales consiste en 60 por
ciento de helio y 40 por ciento de argón, a base másica. La
mezcla se expande ahora isentrópicamente en una turbina, de
400 °C y 1.2 MPa a una presión de 200 kPa. La temperatura
de la mezcla a la salida de la turbina es
a) 56 °C b) 195 °C c) 130 °C
d ) 112 °C e) 400 °C Get solution
13-112 Un compartimiento de un recipiente rígido aislado
contiene 2 kmol de CO2 a 20 °C y 150 kPa, mientras el otro
compartimiento contiene 5 kmol de H2 a 35 °C y 300 kPa.
Ahora se quita la mampara entre los dos gases, y éstos forman
una mezcla homogénea de gases ideales. La temperatura de la
mezcla es
a) 25 °C b) 29 °C c) 22 °C d ) 32 °C e) 34 °C Get solution
13-113 Un dispositivo de cilindro-émbolo contiene una mezcla
de gases ideales de 3 kmol de gas He y 7 kmol de gas Ar a
50 °C y 400 kPa. Ahora se expande el gas a presión constante
hasta que su volumen se duplica. La cantidad de transferencia
de calor a la mezcla de gases es
a) 6.2 MJ b) 4.2 MJ c) 27 MJ
d ) 10 MJ e) 67 MJ Get solution
13-114 Una mezcla de gases ideales de helio y argón con
fracciones másicas idénticas entra a una turbina a 1.500 K y
1 MPa, a razón de 0.12 kg/s, y se expande isentrópicamente a
100 kPa. La producción de potencia de la turbina es
a) 253 kW b) 310 kW c) 341 KW
d ) 463 kW e) 550 kW
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