Problemas Introducción a la Ingeniería Química - IqTMA-UVa ...

Problemas Introducción a la IngenieríaQuímicaEste conjunto de documentos contiene la colección de problemas de la asignaturaIntroducción a la Ingeniería Química (44294-U.Va.), del Título Ingeniero Químico de laUniversidad de Valladolid .Problemas por temas:Problemas de manejo de la Base de Datos0.1La presión de vapor del ciclohexano, C6H12, a 25ºC.res: 97.62 mm Hg0.2La capacidad calorífica a presión constante de monóxido de carbono a 250 ºC y bajapresión.res: 29.96 J/(mol.K)0.4La capacidad calorífica del benceno a la presión de 1 atm y las temperaturas de: a) 50 ºCy b) 300 ºC.res: a) 0.43 kcal/(kg.ºC) , b) 152.96 J/(mol.K)0.6La capacidad calorífica media, a presión constante baja, del SO2 entre 25 ºC y 735 ºC.res: 11.72 cal/(mol.K)0.7La entalpía del vapor de agua saturado a : a) 122 ºC y b) 12 atm.res: a) 646.7 kcal/kg , b) 2784.2 kJ/kg0.8La constante de equilibrio, K, para la reacción química H2 + CO2H2O + CO a latemperatura de 800 ºC.res: K = 1 ( adimensional)0.11La viscosidad del agua líquida a 30 ºC.

es: 0.84 cp0.12La variación de entropía que tiene lugar en la reacción de síntesis de metanol (CO + 2H2=> CH3OH) cuando transcurre a 25 ºC y 1 atm.res: - 79.42 cal/(mol.K)0.13Calcúlese la entalpía del vapor de agua sobrecalentado a 352.5 ºC y 63.5 atm.res: 726.40 kcal/kgSistemas químicos y Estequiometría2.01¿En cuántos gramos de agua hay que disolver 10 gramos de la sal hidratadaNa2SO4.10H2O para que la disolución que resulte contenga 5% en peso de ión SO4 = ?.Admítase que el sulfato sódico está totalmente disociado en la disolución.res: 49.632.02¿Cuántos kg de CaCl2.6H2O es preciso disolver en 10 kg de agua para obtener unadisolución que contenga 0.744 kg de CaCl2 por kg de agua?res: 53.3172.03¿Qué cantidad de agua es preciso añadir a 100 g de una mezcla de etanol y agua paraque la fracción molar de etanol en la mezcla pase de 0.20 a 0.10res: 76.26 g2.04Un horno de tostación de pirita de hierro, S2Fe, se alimenta de forma continua con 1000kg/h de pirita y 3000 m 3 /h de aire medido a 700 mmHg y 20 ºC. A su paso por el hornotoda la pirita reacciona con el oxígeno del aire para dar SO2 gaseoso y Fe2O3 sólido, deforma que del horno sale una corriente gaseosa formada por SO2, O2 y el N2 que nointerviene en la reacción, así como una corriente de Fe2O3 sólido. La composición delaire que entra en el horno es 21 moles % de O2 y 79 moles % de N2. Calcúlese lacomposición de la corriente gaseosa que sale del horno de tostación expresada enfracciones molares de sus componentes.res: y SO2 = 0.1535 , y O2 = 0.0110 , y N2 = 0.83552.05La composición, en % en peso, de una piedra caliza es: CaCO3 = 92 %, MgCO3 = 6%,SiO2 = 2 %. ¿Qué volumen de CO2, medido a 800 mmHg y 250 ºC, puede obtenerse apartir de 1 kg de piedra caliza?

es: 403.89 litros2.06En un horno se quema con aire un gas combustible cuya composición es [CH4 = 95 mol%, C2H6 = 3 mol %, N2 = 2 mol %]. La composición, en fracciones molares, de los gasesde combustión que salen del horno es [CO2 = 0.0810,H2O = 0.1595, O2 = 0.0322 N2 =0.7273] . Calcúlese la composición, en % en peso, del aire utilizado en la combustiónsuponiendo que es una mezcla exclusiva de O2 y N2.res: O 2 = 23.30 % , N 2 = 76.70 %2.07Cuando la reacción en fase gaseosa 2A + B C se encuentra en equilibrio químico a latemperatura de 150 ºC y a la presión de 500 mmHg, se obtienen los siguientes valorespara las fracciones molares de los componentes [yA = 0.520 , yB = 0.355 , yC = 0.125]. Si lamezcla anterior se expansiona isotérmicamente a 150 ºC hasta la presión de 5 atm¿cuáles serán las fracciones molares de las especies A, B y C, cuando se alcancenuevamente el equilibrio químico?res: y A = 0.1746 , y B = 0.2507 , y C = 0.57472.08Una mezcla gaseosa cuya composición es [SO2 = 8 mol %, O2 = 11 mol % , N2 = 81 mol%],entra como alimentación de un reactor catalítico en el que tiene lugar la reacción SO2 +0.5 O2 SO3 Los gases, que salen del reactor a 700 mmHg y 475 ºC , se encuentran enequilibrio químico para la reacción indicada. Admitiendo un comportamiento de gasideal para la mezcla gaseosa, calcúlese el % de SO2 que se convierte en SO3 a su pasopor el reactor.res: 97.4 %2.10En un reactor tubular que se alimenta de forma continua con una mezcla que contiene90 moles % del gas A y 10 moles % del gas inerte I , tienen lugar las dos reacciones enfase gaseosa: { A B + C y A + C 2B } . Las fracciones molares de A y B en lacorriente gaseosa que sale del reactor son [yA = 0.060 , yB = 0.530] . ¿Qué % del gas Aque entra con la alimentación ha reaccionado a su paso por el reactor?res: 88.69 %2.11El análisis elemental de un gasóleo, en% en peso, es: [C = 87.5 %, H = 12.4 %, S = 0.1 %] .El gasóleo se quema en un horno con un 25 % en exceso del aire teórico necesario paraobtener como productos de combustión CO2, H2O y SO2. En la combustión tanto elhidrógeno como el azufre se oxidan totalmente a H2O y SO2, mientras que un 5 % delcarbono se oxida a CO y el resto lo hace a CO2. El aire utilizado entra en el horno decombustión a 900 mmHg y 200 ºC, siendo su composición 20.5 moles % de O2, 78.7moles % de N2 y 0.8 moles % de vapor de H2O . Calcúlese:a. la relación m 3 de aire/kg de gasóleo a la entrada del horno de combustión.b. la composición de los gases de combustión, expresada en fracciones molares.

es: a) 20.355 ; b) y CO = 0.0055, y CO2 = 0.1041, y H2O = 0.1002, y SO2 = 4.7.10 -5 ,y O2 = 0.0417, y N2 = 0.74842.12Un horno de combustión se alimenta con 5 kmol/h de aire y 1 kmol/h de un gascombustible formado por una mezcla de gas de horno alto y gas de coquería. Lascomposiciones, en fracciones molares, del gas de horno alto, el gas de coquería y el aireutilizados en el proceso son:CO2 O2 CO H2 CH4 N22.13Gas de horno alto 0.10 ‐‐ 0.25 0.05 ‐‐ 0.60Gas de coquería 0.05 ‐‐ 0.10 0.55 0.30 ‐‐aire ‐‐ 0.21 ‐‐ ‐‐ ‐‐ 0.79Los gases de combustión están formados por una mezcla de CO2, H2O, O2 y N2, siendo0.0630 la fracción molar de H2O en los mismos. Calcúlense los kg/h de gas combustibleque entran como alimentación del horno.res: 23.32710 kg/h de una corriente gaseosa formada por una mezcla de metano y aire, quecontiene 10 moles % de aire, ha de mezclarse con una corriente de aire para formar unamezcla que contenga 15 moles % de aire, que ya no es inflamable, toda vez que lasmezclas de CH4 y aire solo pueden inflamarse cuando el contenido de aire estácomprendido entre 5 y 14 moles % de aire. Calcúlese los kg/h de aire que es precisoañadir a la corriente original de CH4 y aire. Considérese el aire como una mezcla de O2y N2 que contiene 21 moles % de O2.res: 0.9802.14Se disuelven 100 g de sulfato sódico anhidro, Na2SO4, en 200 g de agua, y la disoluciónque resulta se enfría hasta que cristalizan 80 g de Na2SO4.10H2O. Calcúlese el % en pesode agua en las aguas madres (la disolución que queda al final del proceso decristalización).res: 70.58%2.15La composición, en % en peso, de una caliza es [CaCO3 = 93.2 %, MgCO3 = 5.3 %, SiO2 =1.5 % ] . Calcúlese las cantidades de los compuestos que se indican a continuación quepodrían obtenerse a partir de 1000 kg de caliza: a) kg de Ca(OH)2, , b) kg de MgSiO3 , c)kg de la mezcla de óxidos CaO + MgO.res: a) 690.0 , b) 25.06 , c) 547.522.16Una caliza tiene la siguiente composición : CaCO3 = 92.89%, MgCO3 = 5.41%, SiO2 =1.70%.a. ¿Cuántos kg de óxido cálcico se pueden obtener con 5 toneladas de la caliza?

. ¿Cuántos m3 de CO2, medidos a 710 mm Hg y 50 ºC, se pueden obtener con1000 kg de caliza?c. ¿Cuántos kg de caliza se requieren para producir 100 kg de carburo cálcico?res: a) 2602.29 , b) 281.6 , c) 168.12.17Un mineral que contiene 85% en peso de Fe3O4, siendo el resto ganga inerte, se reducecuantitativamente a hierro metálico utilizando una mezcla gaseosa de CO y CO2 cuyacomposición es 90% en peso de CO. Las reacciones que tienen lugar son :Fe 3 O 4 + CO 3FeO + CO 2FeO + CO Fe + CO 22.18Calcúlese: a) el volumen de mezcla gaseosa, medido a 110ºC y 1.5 atm, que se requierepara producir 1000 kg de hierro.b) los kg de gas que habrá al final del proceso dereducción.res: a) 535.77 m 3 , b) 1124.92La disolución acuosa saturada de sulfato magnésico anhidro contiene 26.20% deMgSO4.¿Cuántos gramos de la sal hidratada, MgSO4.7H2O, es preciso disolver en 1000 gde agua para obtener una disolución saturada de MgSO4?res: 1157.762.19100 g de una disolución acuosa de sulfato sódico, cuya composición es 35% en peso deNa2SO4, se enfrían hasta que cristalizan 40 g de Na2SO4.10H2O. Calcúlese lacomposición, en % en peso, de la disolución acuosa que queda al final de lacristalización.res: 28.95%2.20Una de las etapas del proceso Ostwald para la obtención de ácido nítrico consiste en lareacción de oxidación en fase gaseosa4NH 3 + 5O 2 6H 2 O + 4NOEl sistema de reacción se alimenta de forma continua con 100 mol/s de NH3 y 600 mol/sde aire, cuya composición es 23.3 % en peso de oxígeno y 76.7 % en peso de nitrógeno.Calcúlese la composición, expresada en fracciones molares de los gases que salen delsistema de reacción, para los dos casos siguientes:a. La oxidación del NH3 es cuantitativa.b. Solamente se oxida el 98 % del NH3 que entra en el sistema de reacción.res:a. yNH3 = 0 , yO2 = 0.0015 , yH2O = 0.2069 , yNO = 0.1379 , yN2 = 0.6537b. yNH3 = 0.0028 , yO2 = 0.0049 , yH2O = 0.2029 , yNO = 0.1353 , yN2 = 0.6541

2.211 m3 de gas pobre, a la temperatura de 20ºC, y cuyas presiones parciales, en mmHg, decada uno de sus componentes son CO = 166.5, CO2 = 33.3, O2 = 18.5, N2 = 521.7, sequema con aire utilizando un 10% en exceso de oxígeno con respecto al necesario paratransformar todo el CO del gas pobre en CO2. El aire es una mezcla de 21 moles% de O2y 79 moles % de N2. Calcúlese la composición, expresada en fracciones molares, del gasque se genera en la combustión.res: y CO = 0 , y CO2 = 0.1989 , y O2 = 0.0083 , y N2 = 0.79292.22Un horno de combustión se alimenta con 1000 m 3 /h, medidos a 750 mmHg y 25ºC, deun gas combustible cuya composición en % en volumen es [CH4 = 55%, H2 = 20%, CO =15%, CO2 = 8%, N2 = 2% ] y aire enriquecido, que entra en el horno a 100ºC y 1 atm, ycuya composición es 70% en peso de O2 y 30% en peso de N2. Los gases de combustión,que salen del horno a 325ºC y 700 mmHg, están formados por una mezcla de CO2, CO,H2O y N2, con una relación molar CO2/CO = 10. Calcúlese:a. Los kg/h de CO que salen con los gases de combustión.b. El caudal, en m3/h, de aire enriquecido utilizado.c. La presión parcial, en atm, de H2O en los gases de combustión que salen delhorno.res: a) 80.11 , b) 2280.56 , c) 0.44232.23La composición, en % en peso, de un combustible sólido es : [C = 51 %, H = 39 %, S = 2%, O = 7 % ]. Al quemar el combustible con aire, cuya composición es 21 moles % de O2y 79 moles % de N2, los gases de combustión están formados por una mezcla de CO2,H2O, SO2 , O2 y N2, siendo la fracción molar de O2 en los mismos 0.0120. Calcúlese larelación kg de aire/kg de combustible que se ha utilizado en la combustión.res: 21.168 kg aire/kg combustible2.24El óxido de aluminio reacciona con ácido sulfúrico según la reacción :Al 2 O 3 + 3H 2 SO 4 Al 2 (SO 4 ) 3 + 3H 2 OUna bauxita comercial que contiene 55.4% en peso de Al2O3, siendo el resto una gangainerte, reaccionó con una disolución acuosa de ácido sulfúrico de concentración 77.7%en peso de H2SO4.En el proceso se utilizaron 1080 kg de bauxita comercial y 2510 kg dela disolución de ácido sulfúrico, obteniéndose 1798 kg de sulfato de aluminio.a. ¿Qué reactivo se ha utilizado en exceso?b. ¿Qué conversión de Al2O3 se ha conseguido en el proceso?res: a) H 2 SO 4 , b) 0.8955 = 89.55%2.25

En un reactor que opera a 1000 ºK y 1 atm tiene lugar la reacción de oxidación en fasegaseosa del óxido nítrico a dióxido de nitrógeno : NO + 0.5O2 NO2 . Si la mezclagaseosa que sale del reactor se encuentra en equilibrio químico, calcúlese el % deconversión de NO a NO2 en los casos siguientes:a. El reactor se alimenta con una mezcla de NO y NO2 en proporcionesestequiométricas.b. La alimentación del reactor es una mezcla de NO y aire con una relación molaraire/NO = 5.c. ¿Para qué presión el reactor del apartado b), operando también a 1000 ºK,conduciría a la misma conversión de equilibrio que en el caso a)?res: a) 6.83 % , b) 5.11 % , c) 1.93 atm2.28En un horno se queman 1000 m3/h, medidos a 800 mm Hg y 20ºC, de una gas natural.Con el fin de asegurar la combustión completa del gas natural se utiliza un 16% deexceso de aire con respecto al estequiométrico necesario para la oxidación de loshidrocarburos a CO2 y H2O. La compposición del gas natural es: [CH4 = 78% , C2H6 =10% , C3H8 = 7% C4H10 = 5% en moles.], y la del aire: [O2 = 20.9% , N2 = 78.5% , H2 = 0.6%en moles].a. ¿Cuál es la composición, en moles %, de los gases de combustión?b. ¿Cuál es la temperatura mínima hasta la que se pueden enfriar los gases decombustión, a la presión de 750mmHg, sin que se produzca condensación delvapor de agua?c. ¿Cuántos kg/h de vapor de agua condensarían si los gases de combustión seenfriasen, a la presión de 750 mmHg, hasta la temperatura de 25ºC?res: a) y CO2 = 0.0897; y H2O = 0.1598 ; y O2 = 0.0239 ; y N2 = 0.7267 , b) 55.32ºC ,c) 118.72.29Un reactor catalítico se alimenta con una mezcla de metano y vapor de agua que estánen una relación molar H2O/CH4 = 2. Los gases, que salen del reactor a 500ºC y 1 atm, seencuentran en equilibrio químico para las dos reacciones siguientes:(1) CH 4 + 2H 2 O CO 2 + 4H 2(2) CO 2 + H 2 CO + H 2 OLas constantes de equilibrio, expresadas en presiones parciales, de las reacciones (1) y(2) a 500ºC son KP1 = 0.045 atm2, KP2 = 0.20. Calcúlese la composición, en fraccionesmolares, de la mezcla gaseosa que sale del reactor.res: y CH4 = 0.1814 , y H2O = 0.3770 , y CO2 = 0.0769 , y H2 = 0.3505 , y CO = 0.01432.30Un reactor catalítico que, opera en régimen estacionario, se alimenta con una mezclagaseosa formada por 100 kg/h de CH4 y 220 kg/h de O2. En el reactor se producenexclusivamente las dos reacciones siguientes:

CH 4 + O 2 => HCHO + H 2 OCH 4 + 2O 2 => CO 2 + 2H 2 OLas fracciones molares de CH4 y de CO2 en la corriente gaseosa que sale del reactor sonyCH4 = 0.020 e yCO2 = 0.010. Calcúlense los kg/h de formaldehido (HCHO) que seproducen en el reactor.res: 175.352.31En el hogar de una caldera se quema con aire (composición : 21 moles % de O2 y 79moles % de N2) una mezcla de gas natural y gas ciudad. Las composiciones, en moles%, de ambos gases, así como la de los humos de combustión seco (es decir, después deeliminar el vapor de H2O que contiene) son:CH4 C2H6 C3H8 H2 CO CO2 O2 N2Gas natural 85.0 10.0 3.0 ‐‐ ‐‐ ‐‐ ‐‐ 2.0Gas ciudad 23.0 ‐‐ ‐‐ 53.0 2.8 21.2 ‐‐ ‐‐Humos ‐‐ ‐‐ ‐‐ ‐‐ 0.54 8.17 7.21 84.08Calcúlese: a) la relación molar de gas ciudad a gas natural y b) el porcentaje de excesode aire utilizado.res:a) 2.0238 , b) 45.1%2.33El cloro se obtiene por electrolisis de NaCl en disolución acuosa de acuerdo con lareacción global2NaCl + 2H 2 O => 2NaOH + Cl 2 + H 2a. ¿Qué volumen de disolución acuosa, de densidad 1.070 g/cm3, que contiene 10% en peso de de NaCl se necesita para producir 1000 kg de Cl2?b. Si en la disolución del aparatado anterior solamente se electroliza el 90 % delNaCl existente en la misma, ¿cuál será la composición, en % en peso, de ladisolución acuosa que queda finalmente admitiendo que está exenta de Cl2 y deH2?c. ¿Qué intensidad de corriente se requiere para producir 100 kg de Cl2/hora?res: a) 15.4045 m 3 de disolución , b) NaCl = 1.06 %, NaOH = 6.53 %, H 2 O =92.41 % , c) 75604 amperios.2.34El sulfato amónico se fabrica de acuerdo con la siguiente secuencia de reacciones :CO 2 + 2NH 3 + H 2 O => (NH 4 ) 2 CO 3(NH 4 ) 2 CO 3 + CaSO 4 => (NH 4 ) 2 SO 4 + CaCO 3

y como resultado de las mismas se obtiene una suspensión de partículas sólidas deCaSO4 y CaCO3 en una disolución acuosa de las sales amónicas. La suspensión sesomete a filtración para dar lugar a un líquido filtrado de composición, en peso %,(NH4)2CO3 = 0.5%, (NH4)2SO4 = 5.2%, H2O = 94.3 %, y a una torta que es retenida por elfiltro y cuya composición, en peso %, es CaSO4 = 7.3 %, CaCO3 = 81.7 % y 11.0% delíquido filtrado que queda empapando a la torta. Tomando como base de cálculo 1mol/s de CO2 que entra en el proceso, calcúlese:a. el flujo, en kg/h, y la composición , en peso %, de la suspensión que entra comoalimentación del filtro.b. el % del NH3 que entra en el proceso que se convierte en sulfato amónico.res: a) 8426.56; (NH 4 ) 2 CO 3 = 0.48 %; (NH 4 ) 2 SO 4 = 4.99 %; H 2 O = 90.41 %;CaSO 4 = 0.34 %;CaCO 3 = 3.78 % , b) 88.32 %Sistemas de Medida y Análisis Dimensional3.1La densidad de un líquido es 855 kg/m‐3. Calcúlese el valor de la densidad en lassiguientes unidades: a) lb/ft 3 , b) oz/in 3 , c) lb/m 3 , d) g/cm 3res: a) 53.3762 , b) 854.02 , c) 1884.96 , d) 0.85503.2Exprésese el valor de la aceleración normal de la gravedad (9.80665 m/s 2 ) en lassiguientes unidades:a) ft/s 2 , b) km/h 2 , c) in/d 2 , d) mile/h 2res: a) 32.14 , b) 127094 , c) 2.8821x10 12 , d) 78974.83.3El peso de un objeto es de 50 kgf en un lugar de la Tierra en el que la aceleración de lagravedad es 9.805 m/s 2 .a. ¿Cuál es la masa del objeto expresada en kg?b. Si el volumen del objeto es de 20 litros, ¿cuál su densidad en lb/ft 3 ?res: a) 50.008 , b) 156.083.4La viscosidad del agua a 20ºC es μ = 0.1 cp = 0.01 g/(cm.s) = 0.01 poise. Exprésese elvalor μ en las siguientes unidades: a) kg/(m.h) , b) lb/(ft.h) , c) N.s/m 2 , d) kgf.h/m 2 , e)lbf.h/ft 2 , f) poundal.s/f 2res: a) 3.6 , b) 2.4191 , c) 0.001, d) 2.8325x10 -8 , e) 5.8014x10 -9 , f) 6.7196x10 -43.5Un cuerpo de 1.25 kg se mueve con una velocidad de 6 m/s. Calcúlese su energíacinética en: a) Julios , b) poundal.ft , c) atm.litrores: a) 22.50 , b) 533.94 , c) 0.2221

3.6Una bomba ha de elevar 0.01 m 3 /s de agua desde un lago hasta una altura de 25 m através de un tubo de 2 in. de diámetro interior. Si el agua circulase por el tubo convelocidad uniforme en toda la sección circular del mismo (perfil plano de velocidad) yel bombeo se efectuase sin pérdida de energía mecánica por fricción, ¿qué potencia, enhp, tendría que desarrollar la bomba?res: 3.453.7La constante R que interviene en la ecuación de los gases ideales es R = 0.08206atm.L/(molg.K). Calcúlese su valor en las siguientes unidades: a) (mmHg).cm 3 /(molg.K), b) cal/(molg.K) , c) Btu/(mol‐lb.ºR) , d) bar.L/(molg.K)res: a) 6.2366x10 4 , b)1.987 , c) 1.987, d) 0.083153.8Una disolución acuosa, cuya densidad es 1.20 g/cm 3 , contiene 25% en peso de sal.Exprésese su composición en: a) kg de sal por kg de agua , b) lb de sal por ft 3 dedisoluciónres:a) 0.333 , b) 18.72853.9En una referencia bibliográfica se ha encontrado que la densidad relativa del etanol a60ºF, con respecto al agua a 60ºF, es 0.7939. ¿Cuál es la densidad del etanol, en g/cm 3 , a60ºF si el volumen específico del agua a dicha temperatura es 0.016030 ft 3 /lb?res: 0.79333.10La transmisión de calor por conducción viene dada por la ecuación:q = kA∆T/dxdonde k es la conductividad térmica del material y dT es la diferencia de temperatura.Si la conductividad calorífica de un determinado material es k = 30 Kcal/(m.h.ºC),exprésese su valor en las siguientes unidades: a) Btu/(ft.h.ºF) , b) W/(cm.ºC) , c)cal/(cm.h.ºK)res: a) 20.16 , b) 0.349 , c) 3003.11La energía potencial de la carga de un depósito con respecto a un determinado nivel dereferencia es de 12500 poundal.ft. Exprésese su valor en: a) Julios , b) kWh , c) atm.litro,d) lbf.ftres: a) 526.75 , b) 1.4633x10 -4 , c) 5.20 , d) 388.53.12

El precio de un determinado producto que ofrece un suministrador para cantidadessuperiores a 1000 lb está dado por la ecuación:P = 0.625(C) 0.86 para C > 1000 lbdonde P es es el precio en $, y C es la cantidad de producto de producto suministradoen lb.Transfórmese la ecuación para que, utilizado el cambio de 1.2 €/$, P aparezca en €y C en kg.res: P = 1.2326(C) 0.86 para C > 454 kg3.13La capacidad calorífica Cp del CO2 está dada por la ecuaciónCp = 6.3930 + 10.10x10 -3 T - 3.4050x10 -6 T 2 donde Cp [=] cal/(mol.K) , T [=] KConvertir la ecuación para que Cp y T estén en las unidades que se indican: a) cal/(g.ºC)y ºC , b) Btu/(kmol.ºF) y ºR , c) J/(mol.ºC) y K , d) Poundal.ft/(lb.ºF) y ºR , e)atm.L/(mol.K) y K .res: a) 0.2022 + 1.8722x10 -4 T - 7.7284x10 -8 T 2 , b) 14.0939 + 1.2370x10 -2 T -2.3168x10 -6 T 2c) 26.7383 + 4.2258x10 -3 T - 1.4247x10 -6 T 2 , d) 3634.45 + 3.1899T - 5.9746x10 -4 T 2e) 0.2640 + 0.4171x10 -3 T - 0.1406x10 -6 T 23.14La ecuación de Francis para evaluar la altura de líquido sobre el vertedero de un platode una columna de destilación es:h = 0.48F(Q/L) 0.67donde h = altura de líquido (in) , F = factor de corrección (adimensional) , Q = flujo delíquido (gall/min, gall: galones U.S.A.), L = longitud del vertedero (in).a. ¿Cuáles son las unidades del coeficiente numérico 0.48?b. Transformar la ecuación para que todas las variables de la misma esténexpresadas en el sistema SI (m, m 3 , s)res: a) in 1.67 (min/gal) 0.67 , b) h = 0.678F(Q/L) 0.673.15A partir de la teoría cinética se obtiene la siguiente expresión para la viscosidad de ungas ideal:µ = 0.002669(MT) 0.5 /d 2siendo μ = viscosidad (cp), M = masa molecular , T = temperatura absoluta (K) , d =diámetro de colisión (Å). Exprésese la ecuación de forma que las variable μ, T y d estén

dadas en las unidades (μ, T, d) que se indican a continuación: a) [kg/(m.s) , ºC , m] , b)[lb/(ft.h) , ºR ,in] , c) [kgf.s/m 2 ] , ºF , cm)res: a) µ =2.669.10-26[M(T + 273.15)] 0.5 /d 2 , b) µ = 7.4591.10-20(MT) 0.5 /d 2 , c)µ = 2.0286.10-23M(T + 459.67)] 0.5 /d 23.16Según la ecuación de van de Waals, la relación entre la presión, p, el volumen, V, y latemperatura, T, de 1 mol de NH3 está dada por la expresión:(p + 4.1922/V 2 )(V - 0.03732) = 0.08206Tdonde p [=] atm, V [=] litro, T [=] K. Transfórmese la ecuación para que las unidades delas variables (p, V, T) sean las que indican en cada uno de los siguientes casos: a) (psia,ft 3 , ºR) , b) (kPa, m 3 , K) , c) (lbf/ft 2 , in 3 , ºF).res: a) (p + 0.076834/V 2 )(V - 0.0013179) = 0.02366T , b) (p + 4.2477.10-4/V 2 )(V - 3.732.10-5) = 0.008315T , c) (p + 152963.46/V 2 )(V - 2.2774) =27.2586(T + 459.67)3.17La presión de vapor del ciclohexano en función de la temperatura viene dada por laecuación:log P = 6.84498 -1203.526/(T+222.863)donde P [=] mmHg y T [=] ºC . Transformar la ecuación para que las unidades de P y Tsean: a) (psia, ºF) , b) (atm, K) , b) (kPa, K) , c) (bar, ºR).res: a) log p = 5.13137 - 2166.347/(T + 369.153) , b) log p = 3.96417 -1203.526/(T - 50.287) , c) log p = 5.96988 - 1203.526/(T - 50.287)3.18Suponiendo que la caída de presión Δp que experimenta un fluido de densidadconstante al circular por un tubo depende de las siguientes variables: μ = viscosidad delfluido, D = diámetro del tubo, L = longitud del tubo, u = velocidad del fluido,dedúzcase, por análisis dimensional, una expresión que relacione las variables delfenómeno en función de números adimensionales.res: ∆pD/µu = k(L/D) c3.19Suponiendo que la caída de presión por unidad de longitud, Δp/L, para el flujo de unfluido que circula por el interior de un tubo recto y liso depende de las variables: D =diámetro del tubo, u = velocidad del fluido, ρ = densidad del fluido, μ = viscosidad delfluido, dedúzcase una expresión que correlacione las variables del fenómeno en funciónde números adimensionales.res: ∆p/ρu 2 = k(µ/Duρ) d (L/D)3.20

Considerando que la velocidad límite, u∞, con la que desciende una esfera en el seno deun fluido depende de las siguientes variables: D = diámetro de la esfera, ρ = densidaddel fluido, ρs = densidad de la esfera, μ = viscosidad del fluido, g = aceleración de lagravedad, dedúzcase una expresión en función de números adimensionales para larepresentación del fenómeno, utilizando un sistema absoluto para la medida de lasvariables que intervienen.res: (Du ∞ ρ/µ) = K(ρ s /ρ) c (D 3 gρ 2 /µ 2 ) e3.21El coeficiente de transmisión de calor por convección, h, entre la pared de un tubo y unfluido que circula por su interior con flujo turbulento, depende de las siguientesvariables: h = f(D,u,ρ,μ,Cp,k), siendo : D = diámetro del tubo, u = velocidad del fluido, ρ= densidad del fluido, μ = viscosidad del fluido, Cp = calor específico del fluido , k =conductividad calorífica del fluido. El coeficiente de transmisión de calor, h, expresa lacantidad de calor que intercambian el fluido y la pared del tubo por unidad de tiempo,unidad de superficie y unidad de diferencia de temperatura entre el fluido y la pareddel tubo. La conductividad calorífica del fluido, k, tiene las dimensiones de energía porunidad de tiempo, unidad de longitud y unidad de diferencia de temperatura.a. Dedúzcase una expresión que correlacione las variables del fenómeno enfunción de números adimensionales, utilizando un sistema de medida M, L, t,T.b. Se realizaron medidas del coeficiente h, en función de la velocidad del fluido u,operando con aire en un tubo de 30 cm de diámetro y con agua en un tubo de 2in de diámetro. En ambos casos los fluidos circulaban por el interior de lostubos a una temperatura media de 50ºC y presión de 1 atm.. Los resultadosobtenidos fueron:operación con aire operación con aguau h u h0.285 1.43 0.055 3490.313 1.54 0.11 6070.569 2.49 0.55 22002.84 9.03 1.09 38355.69 15.7 5.47 1390028.4 57.0 10.95 2419057.0 99.0m/s kcal/(m 2 .h.ºC) m/s kcal/(m 2 .h.ºC)Las propiedades físicas del aire y del agua a 50ºC y 1 atm son:Aire AguaCp 0.238 0.998 kcal/(kg.ºC)μ 1.95x10 ‐5 5.49x10‐4 kg/(m.s)k 6.67x10‐6 1.54x10‐4 kcal/(m.s.ºC)ρ 1.09 988 kg/m 3

Calcúlense, a partir de estas medidas experimentales, el coeficiente de proporcionalidady los exponentes que intervienen en la expresión deducida en el apartado a) .res:3.22La potencia consumida por un agitador de un tanque agitado equipado con placasdeflectoras depende de las siguientes variables: D = diámetro del rodete del agitador, N= revoluciones del agitador por unidad de tiempo, ρ = densidad del fluido, μ =viscosidad del fluido. Dedúzcase un expresión de correlación de las variables enfunción de números adimensionales.res: W/(D 5 N 3 ρ) = K[µ/(ρND 2 )] d3.23La velocidad de flujo de un fluido que circula por una tubería, determinada con unmedidor de orificio, viene dada por la ecuación [ u = c(Δp/ρ) 1/2 ] siendo u = velocidaddel fluido, Δp = caída de presión, y ρ = densidad del fluido.a. ¿Cuáles son las unidades del coeficiente c en el sistema SI?b. ¿Cuáles son las unidades del coeficiente c en el sistema ingenieril inglés?c. Escriba la ecuación para que c sea adimensional en un sistema ingenieril ycompruébelo.res: a) adimensional , b) [(lb.ft/lb f ) 1/2 ]/s , c) u = c(∆pg c /ρ) 1/23.24El calor específico del ácido sulfúrico, en unidades de cal/(molg.ºC), viene dado por laexpresión [Cp = 33.25 + 3.727x10 ‐2 T ] cuando T está en ºC. Transfórmese la expresiónpara que las unidades de Cp y de T sean las que se indican en los casos siguientes : a)(Btu/(mol‐lb.ºR) y ºR , b) J/(molg.ºC) y K , c) cal/(molg.ºF) y ºF .res: a) Cp = 23.07 + 2.071x10 -2 T , b) Cp = 96.52 + 0.1559T , c) Cp = 18.10 +1.150x10 -2 T3.25El comportamiento p, V, T del monóxido de carbono viene dado por la ecuación:p = T/(12.1853V - 0.4813) - 1.4526/V 2donde p = presión en atm, V = volumen molar el m 3 /kmol, y T = temperatura en K.Transfórmese la ecuación para que las variables estén expresadas en las siguientesunidades : p [=] psia, V [=] ft 3 /lbmol, T [=] ºR.res: p = T/(0.09315V - 0.058936) - 5478.82/V 23.26Los siguientes datos , tomados de Langeʹs Handbook of Chemistry, corresponden a lapresión de vapor del amoniaco a diferentes temperaturas:T 0 20 40 60 80 100 ºF