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• Kevin BA

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BALANCE DE MATERIA Y ENERGÍA. TEMA I. Balance de materia sin reacción química CUESTIONARIO DE ANTECEDENTES 1.- ¿Qué es un factor de conversión? Es operador matemático el cual nos permite pasar de un sistema de unidad a otro, en otras palabras, es una equivalencia de una unidad a otra que, ejemplo: 1 hora = 60 min, esto se puede despejar dejando las dos unidades del mismo lado, una sobre otra, el orden va depender sobre a qué unidad se quiere eliminar 2.- ¿Cuál es el factor de conversión para s/min (s=segundo)? 60 s / 1min o 1 s/ 0.01666666667 min 3.- ¿Cuál es el factor de conversión para min2/s2? 1 min2/ 3600 s2 o 1 s2 / (2.777777779)10-4 min2 4.- ¿Cuál es el factor de conversión para m3/cm3? 1 min3 / 216000 s3 o 1 s3 / (4.62962963)10-6 min3 5.- Diga que factores (valores numéricos y unidades) se requieren para convertir: a) metros a milímetros: 1m/1000 mm b) nanosegundos a segundos : 1(10-9 ) s/ 1 s c) centímetros cuadrados a metros cuadrados: 1 m2 / 10000 cm3 d) pies cúbicos a metros cúbicos : 1 ft3 / 0.2831 m3 e) caballos de fuerza a unidades térmicas británicas (BTU) por segundo; 1 hp/ 0.706787 BTU/s 6.- ¿Cuál es la unidad derivada para la velocidad en el sistema SI? m/s, ¿La unidad para la velocidad en el sistema CGS?cm/s, ¿Y el sistema americano de ingeniería? ft/s 7.- ¿Qué es una ecuación dimensionalmente homogénea? Una ecuación con dimensiones homogéneas, ¿es valida siempre? Si una ecuación es valida, ¿deben ser homogéneas sus dimensiones? Toda ecuación debe ser dimensionalmente homogénea, es decir, ambos miembros han de tener la misma ecuación de dimensiones. No es válida en algunas ocasiones. Si. 8.- Si y(m/s2)=az(m3), ¿Cuáles son las unidades de a?

m -2 • s -2

9.- Que es un grupo adimensional?, ¿Que combinación multiplicativa de r(m), s(m/s 2) y t(s) constituiría un grupo adimensional? El análisis dimensional es un método para verificar ecuaciones y planificar experimentos sistemáticos. A partir del análisis dimensional se obtienen una serie de grupos adimensionales, que van a permitir utilizar los resultados experimentales obtenidos en condiciones limitadas, a situaciones en que se tengan diferentes dimensiones geométricas, cinemáticas y dinámicas; y muchas veces en casos en que las propiedades del fluido y del flujo son distintas de las que se tuvieron durante los experimentos.

Una combinación multiplicativa de factores sin unidades netas: Si2 /r o r/st2. 10.- Si z(lbf)=a sen (Q), ¿Cuáles son las unidades de a y Q?

a(lbf); Q es adimensional. 11.- ¿Cuáles son las unidades de la gravedad específica?

Su unidad es Kg/m3 12.- La gravedad específica de un líquido es de 0.50. g a) ¿Cuál es su densidad en g/cm3? 0.50 cm3 cm3 b) ¿Cuál es su volumen especifico en cm3/g? 2 g d c) ¿Cuál es su densidad en lbm/ft3? 31.215 3 ft d) ¿Cuál es la masa de 3 cm3 de este líquido? 1.5 g e) ¿Qué volumen ocupan 18 g? 36 cm3 13.- Si las sustancias A y B tienen, ambas, una densidad de 1.34 g/cm 3, ¿tendrán la misma masa 3 cm3 de A que 3 cm3 de B? Si 14.- Si las sustancias A y B tienen, ambas, una gravedad especifica de 1.34, ¿tendrán 3 cm3 de A la misma masa que 3 cm3 de B?, ¿Por qué no? No porque no especifican sus densidades. 15.- Si congela una botella totalmente llena de agua ésta se rompe, pero si congela un recipiente de paredes flexibles perfectamente sellado y lleno de alcohol n-butílico, sus paredes se vuelven cóncavas. ¿Qué puede concluir sobre las densidades de las formas líquidas y sólidas de estas dos sustancias?

La densidad del agua en estado sólido es menor a la densidad de agua en estado líquido y la densidad del alcohol es mayor en el estado sólido que en el liquido 16.- Diga si la densidad del mercurio líquido aumenta o disminuye al elevarse la temperatura. Justifique su respuesta empleando un termómetro para ilustrarla. Cuando sube la temperatura, el mercurio y el tubo de vidrio se dilatan. Como el mercurio se dilata más que el vidrio, sube a un nivel más alto dentro del tubo capilar. Es decir, a mayor temperatura la misma masa ocupa un mayor volumen por lo tanto la densidad disminuye. 17.- La velocidad de flujo másico del n-hexano (0.659 g/cm 3) en una tubería es 6.59 g/s. ¿Cuál es su velocidad de flujo volumétrico?10 cm^3/s 18.-La velocidad de flujo volumétrico del CCl4 (1.595 g/cm3) en una tubería es 100.0cm3/min. ¿Cuál es su velocidad de flujo másico? P=1.595g⁄cm^3 =m⁄V; m=(1.595g⁄cm^3 ) (100 cm^3⁄min)=159.5 g⁄min 19.- Suponga que un gas fluye a través de una tubería de forma cónica. ¿Cómo se comparan las velocidades de flujo másico del gas en la entrada y en la salida? Si la densidad del gas es constante, ¿Cómo se comparan las velocidades de flujo volumétrico en estos dos puntos? ¿Qué sucedería si la densidad disminuyera de la entrada a la salida? Sabemos que: p=m/v Se comparan de acuerdo al espacio de entrada y de salida pero la masa que entra es la misma que sale; si la densidad disminuye de la entrada a la salida significa que sale un menor volumen que el que entra. 20.- Una corriente de agua de flujo constante se vacía en una probeta graduada exactamente por 30 s. Durante este tiempo se recolectan 50 mL. ¿Cuál es la velocidad de flujo volumétrico de la corriente? ¿Y la velocidad de flujo másico? R= vel. De flujo vol. = (vol. / tiempo) = (0.050 L / 30 s) = 0.0016 L/s Considerando ρ=m/v determinamos la masa si V= (0.050 L) (1000 cm^3 / 1 L) = 50 cm^3 Entonces m= (ρ)(v) = ( 1 g/cm^3) (50 cm^3) = 50 g La vel. De flujo másico = (masa / tiempo ) = ( 50 g / 30 s) = 16 g/s 21.- ¿Qué es un rotámetro? ¿Y un medidor de orificio? rotámetro: tubo cónico vertical que contiene un flotador, el cual se va elevando en el interior del tubo al aumentar la velocidad del flujo. Medidor de orificio: es una obstrucción en el canal de flujo que tiene una abertura angosta a través de la cual pasa el fluido.

22.- Se obtiene la curva de calibración de un rotámetro (velocidad de flujo contra posición del flotador) empleando un líquido, y se utiliza por error para medir la velocidad de flujo de un gas. La velocidad de flujo del gas determinada de esta manera, ¿será demasiado alta o demasiado baja? R= demasiado baja ya que la densidad y velocidad de un gas es mayor a la de cualquier líquido. 23.- ¿Cuánto es un mol de una especie de peso molecular M, en términos de: a) el número de moléculas, b) la masa?

24.- ¿Cuánto es una tonelada-mol de una especie? 1 tonelada-mol contiene 28 toneladas 25.- ¿Cuántas lb-mol y lbm de a) H2 y b) H contiene una lb-mol de H2O? 26.- ¿Cuántos gramos-mol de C3H8 contienen 2 Kmol de esta sustancia? 27.-Se alimenta a un reactor con 100 kilogramos de hidrógeno molecular (H 2) por hora. ¿Cuál es la velocidad de flujo molar de esta corriente en gramos-mol/hora? 28.- Una solución con volumen V(L) contiene n(mol) de un soluto A con peso molecular MA(gA/mol). En términos de V, n y MA: a) ¿Cuál es la concentración molar de A? b) ¿Cuál es la concentración másica de A? En términos de CA(mol A/L)= y cA(gA/L): c) ¿Qué volumen de la solución contiene 20 mol de A? d) ¿Cuál es la velocidad de flujo másico de A en una corriente cuya velocidad de flujo volumétrico es 120 L/h? 29.- Se reporta que un líquido constituido por agua casi en su totalidad contiene 125 ppb de fenol (con base en masa): a) ¿Cuál es la fracción másica de fenol en el líquido? b) ¿Cuántos miligramos de fenol contiene un kilogramo del líquido? c) ¿Cuál es la concentración aproximada de fenol en el líquido en g/L? 30.- Defina a) la presión de un fluido que corre por una tubería, b) la presión hidrostática, y c) la cabeza de un fluido correspondiente a una presión dada 31.- Considere el tanque de la figura 1. ¿Dependerá la presión sobre el tapón de la altura a la cual se encuentra la abertura en el tanque?, ¿Por qué? ¿Esperaría que la presión en la parte superior fuese muy distinta de la presión en la parte inferior si el fluido fuera aire? ¿Qué hay del agua? ¿Y del mercurio?

32.- Suponga que la presión en el tanque de la figura 1 es 1300 mm Hg. ¿Indica algo este dato respecto a la altura del tanque? Si le dieran el área del orificio (4 cm 2), ¿Cómo calcularía la fuerza necesaria para mantener el tapón en el hoyo? No indica nada. P=13mmHg = 173290N/m2 F=(P)(A) A=4cm2 =4x10-4m2 F=(173290N/m2)(4x10-4m2)= 69.316N 33.- Suponga que la presión en un punto dentro de la columna de mercurio en un tubo es 74 mm Hg. ¿Cuál es la presión 5mm por debajo de este punto? (Si tarda más de un segundo en responder este problema, es probable que lo haya resuelto mal) P=74mmHg + 5mmHg = 79mmHg. 34.- ¿Qué es un calibrador de Bourdon? ¿En qué rango de presiones puede utilizarse? Si se calibra en forma normal, ¿mide la presión manométrica o la absoluta? Calibrador de Bourdon: tubo hueco cerrado en un extremo y doblado en forma de C, puede medir presiones desde el vacío hasta las 700 atm y calibrado de formal mide presión manométrica. 35.- ¿Qué es un manómetro de extremo abierto? ¿Y un manómetro diferencial? ¿Y un manómetro de extremo sellado? Manómetro de extremo abierto: es un tubo en forma de U, en el cual uno de sus extremos está expuesto a un líquido cuya presión se desea medir y el otro está en contacto con la atmósfera. Manómetro diferencial: tubo en U, el cual se utiliza para medir la diferencia de presión entre dos puntos en una línea de proceso. Manómetro de extremo sellado: tubo en U que presenta un causi vacío en el extremo cerrado. 36.- Diga si las siguientes afirmaciones son falsas o verdaderas: a) Un manómetro de extremo abierto proporciona una lectura directa de la presión manométrica de un gas FALSO b) Un manómetro de extremo sellado proporciona una lectura directa de la presión absoluta de un gas, siempre y cuando la presión del gas en el extremo sellado sea despreciable. VERDADERO c) La lectura de un manómetro diferencial no depende de la densidad del líquido en la tubería, sino sólo de la densidad del fluido manometrito FALSO 37.- La presión de un gas en una tubería se mide con un manómetro de mercurio de extremo abierto. El nivel del mercurio en el brazo conectado con la tubería es 14 mm más alto que el del brazo abierto. ¿Cuál es la presión manométrica para el gas en la tubería? P=760 mmHg – 14mmHg = 746 mmHg

38.- Suponga que le dan un tubo de vidrio que contiene mercurio, pero sin marcas de ninguna escala, y nada más le proporcionan un vaso de precipitados con agua, un congelador, y un mechero de Bunsen para trabajar. ¿Cómo calibraría el termómetro para obtener lecturas en 0C? Calentaría el mercurio a baño maría, marcar el tubo cuando el agua empiece a evaporarse. Del mismo modo, pero esta vez se congelaría el agua 39.- ¿Qué es más caliente 1 0C o 1 0F? 1 °C 40.- ¿Qué refleja un mayor cambio de temperatura, un aumento de 1 0C o de 1 0F? El aumento de 1 °C FECHA DE REVISIÓN: 16 DE SEPTIEMBRE DE 2020