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• Bryan Cruz Mamani

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UNIVERSIDAD TECNICA DE ORURO FACULTAD NACIONAL DE INGENIERIA INGENIERIA QUIMICA – Univ. Cruz M.B.S. 2do. PARCIAL PRQ 1100 “A” 1.- En 1916 Nusselt dedujo una relación teórica para predecir el coeficiente de transferencia de calor entre un vapor saturado puro y una superficie más fría.

ℎ = 0.943 ∗ (

𝑘 3 ∗ 𝜌2 ∗ 𝑔 ∗ ʎ 1/4 ) 𝐿 ∗ 𝜇 ∗ ∆𝑇

Donde: h= Coeficiente de transferencia de calor, [Btu/hr ft2 °F]; ⍴=densidad [Lbm/ft3]; k= conductividad térmica [Btu/hr ft °F]; g= aceleración de la gravedad 4.17*108 [ft/hr2]; µ=viscosidad dinámica [Lb/hr ft]; ʎ= cambio de entalpia [Btu/Lb]; L= Longitud del tubo [ft]; ΔT= diferencia de temperatura [Δ°F]; ¿Que unidades tiene 0.943? Solucion. – Reemplazando las unidades mencionadas para cada variable en nuestra ecuacion: Btu 3 Lbm 2 ft Btu ] ∗ [ 3 ] ∗ [ 2] ∗ [ ] Btu hr ft °F Lbm 1/4 ft hr [ ] = 0.943 ∗ ( ) Lbm hr ft 2 °F [ft] ∗ [ ft] ∗ [Δ°F] hr [

Btu 3 Lbm 2 ft Btu ] ∗[ 3 ] ∗[ ]∗[ ] Btu hr ft °F hr Lbm 1/4 ft [ ] = 0.943 ∗ ( ) Lbm hr ft 2 °F [ft] ∗ [ 1 ft] ∗ [Δ°F] [

Btu Btu4 [ ] = 0.943 ∗ ([ 4 10 4 ])1/4 hr ft 2 °F ℎ𝑟 ft °F

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UNIVERSIDAD TECNICA DE ORURO FACULTAD NACIONAL DE INGENIERIA INGENIERIA QUIMICA – Univ. Cruz M.B.S. Btu Btu [ ] = 0.943 ∗ [ ] 2 hr ft °F hr ft10/4 °F Btu ] hr ft 2 °F = [𝑓𝑡 0.5 ] 0.943 = Btu [ ] hr ft10/4 °F [

0.943[𝑓𝑡 0.5 ] 2.- Una mezcla de gases de 3 componentes argón, B y C se tiene el siguiente análisis de la mezcla 40 % mol de Argón, 18.75 % en masa de B, 20% mol de C, El peso molecular de Argón es 40 y de C es 50. Calcule: a) el peso molecular de B. b) El peso molecular medio de la mezcla. Solucion. – Composición Molar:

40% Argón; 20% C

Composición Másica:

18.75% B;

De la composición molar se puede determinar la fraccion molar de B: 1 = 𝑋𝐴𝑟𝑔𝑜𝑛 + 𝑋𝐵 + 𝑋𝐶 𝑋𝐵 = 1 − 0.4 − 0.2 = 0.4 a) Suponiendo como base de cálculo 1 mol de mezcla se tiene: 0.4 [moles de Argón];

0.4 [moles de B];

0.2 [moles de C];

Calculando las masas del argón y C: 𝑚𝐴𝑟𝑔𝑜𝑛 = 0.4 [𝑚𝑜𝑙] ∗ 40 [

𝑔𝑟 ] = 16 [𝑔𝑟 𝑑𝑒 𝐴𝑟𝑔𝑜𝑛] 𝑚𝑜𝑙

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UNIVERSIDAD TECNICA DE ORURO FACULTAD NACIONAL DE INGENIERIA INGENIERIA QUIMICA – Univ. Cruz M.B.S. 𝑔𝑟 𝑚𝐶 = 0.2 [𝑚𝑜𝑙] ∗ 50 [ ] = 10 [𝑔𝑟 𝑑𝑒 𝐶] 𝑚𝑜𝑙 Por proporcionalidades: 𝑚𝐵 𝑚𝐴𝑟𝑔𝑜𝑛 + 𝑚𝐶 = %𝐵 %𝐴𝑟𝑔𝑜𝑛 + %𝑐 𝑚𝐵 𝑚𝐴𝑟𝑔𝑜𝑛 + 𝑚𝐶 = %𝐵 100 − %𝐵 𝑚𝐵 =

18.75 % ∗ (16 + 10)[𝑔𝑟] = 6 [𝑔𝑟 𝑑𝑒 𝐵] 100 − 18.75 %

Del numero de moles de B 𝑛𝑚 =

𝑃𝑀𝐵 =

𝑚 𝑃𝑀

6 [𝑔𝑟 𝑑𝑒 𝐵] 𝑔𝑟 = 15 [ ] 0.4 [𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝐵] 𝑚𝑜𝑙

b) Para el peso molecular de una mezcla gaseosa: 𝑃𝑀 = 𝑋𝐴𝑟𝑔𝑜𝑛 ∗ 𝑃𝑀𝐴𝑟𝑔𝑜𝑛 + 𝑋𝐵 ∗ 𝑃𝑀𝐵 + 𝑋𝐶 ∗ 𝑃𝑀𝐶 𝑔𝑟 ] 𝑚𝑜𝑙

𝑃𝑀 = 0.4 ∗ 40 + 0.4 ∗ 15 + 0.2 ∗ 50 = 32 [

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UNIVERSIDAD TECNICA DE ORURO FACULTAD NACIONAL DE INGENIERIA INGENIERIA QUIMICA – Univ. Cruz M.B.S. 3.- Una mezcla de metano y Aire puede inflamarse si el porcentaje molar de metano se encuentra entre 5% y 15%. Una mezcla que contiene 9% mol de metano en aire y que fluye a una velocidad de 700 Kgr/hr se va a diluir con aire puro para reducir la concentración del metano al límite inferior de inflamabilidad. Calcule la velocidad de flujo de aire necesaria en mol/hr y el porcentaje por masa de oxígeno en el producto gaseoso. Solucion. –

B (Aire y Metano XCH4=0.09)

C (Aire Metano XCH4=0.05)

A (Aire puro) De donde A= 700 [Kgr/hr] Para transformar esta cantidad a flujo de moles: 𝑃𝑀 = 𝑋𝐶𝐻4 ∗ 𝑃𝑀𝐶𝐻4 + 𝑋𝐴𝑖𝑟𝑒 ∗ 𝑃𝑀𝐴𝑖𝑟𝑒 𝑃𝑀 = 0.09 ∗ 16 [

𝑔𝑟 𝑔𝑟 𝑔𝑟 𝐾𝑔𝑟 ] + (1 − 0.09) ∗ 28.96 [ ] = 27.7936 [ ] = 27.7936[ ] 𝑚𝑜𝑙 𝑚𝑜𝑙 𝑚𝑜𝑙 𝐾𝑚𝑜𝑙 𝐾𝑔𝑟 ] 𝐾𝑚𝑜𝑙 ℎ𝑟 𝐴= = 25.185 [ ] 𝐾𝑔𝑟 ℎ𝑟 27.7936[ ] 𝐾𝑚𝑜𝑙 700 [

Del balance de Moles por soluto (CH4) se tiene: 𝐴 ∗ 𝑋𝐴 + 𝐵 ∗ 𝑋𝐵 = 𝐶 ∗ 𝑋𝐶 De donde XB=0: 25.185 ∗ 0.09 + 𝐵 ∗ 0 = 𝐶 ∗ 0.05

𝐶 = 45.333 [ Del balance de Moles global se tiene:

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𝐾𝑚𝑜𝑙 ] ℎ𝑟

UNIVERSIDAD TECNICA DE ORURO FACULTAD NACIONAL DE INGENIERIA INGENIERIA QUIMICA – Univ. Cruz M.B.S. 𝐴+𝐵 =𝐶 𝐾𝑚𝑜𝑙 𝑚𝑜𝑙 𝐴𝑖𝑟𝑒 𝑝𝑢𝑟𝑜 ] = 20148[ ] ℎ𝑟 ℎ𝑟

𝐵 = 𝐶 − 𝐴 = 45.333 − 25.185 = 20.148 [ Para la corriente C:

𝑃𝑀 = 𝑋𝐶𝐻4 ∗ 𝑃𝑀𝐶𝐻4 + 𝑋𝐴𝑖𝑟𝑒 ∗ 𝑃𝑀𝐴𝑖𝑟𝑒 𝑃𝑀 = 0.05 ∗ 16 [

𝑔𝑟 𝑔𝑟 𝑔𝑟 𝐾𝑔𝑟 ] + (1 − 0.05) ∗ 28.96 [ ] = 28.312 [ ] = 28.312[ ] 𝑚𝑜𝑙 𝑚𝑜𝑙 𝑚𝑜𝑙 𝐾𝑚𝑜𝑙

𝐶 = 28.312 [

𝐾𝑔𝑟 𝐾𝑚𝑜𝑙 𝐾𝑔𝑟 ] ∗ 45.333 [ ] = 1283.468[ ] 𝐾𝑚𝑜𝑙 ℎ𝑟 ℎ𝑟

Para determinar la masa de O2 en C se tiene:

𝑚𝑂2 =

0.21 [𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑂2 ] 0.95 [𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝐴𝑖𝑟𝑒] 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝐶 32 [𝑔𝑟 𝑑𝑒 𝑂2 ] ∗ ∗ 45333 [ ]∗ = 1 [𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝐴𝑖𝑟𝑒] 1 [𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝐶] ℎ𝑟 1 [𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑂2 ] 𝑚𝑂2 = 289405.872 [

𝑔𝑟 𝐾𝑔𝑟 ] = 289.405 [ ] ℎ𝑟 ℎ𝑟

El porcentaje en masa del oxigeno se calculara mediante:

%𝑂2

𝐾𝑔𝑟 289.405 [ ] 𝑚𝑂2 ℎ𝑟 ∗ 100% = 22.55 % = ∗ 100% = 𝐾𝑔𝑟 𝑚 1283.468 [ ] ℎ𝑟

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