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ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DE CHIMBORAZO FACULTAD DE CIENCIAS ESCUELA DE CIENCIAS QUIMICAS CARRERA DE ING. EN BIOTECNOLOGIA AMBIENTAL CÁLCULOS DE INGENIERÍA NOMBRE: Jessica Moposita FECHA: 21/07/2017 CODIGO: 2513 Ejercicios Resueltos

Sección 1.6 Suponga que un submarino inadvertidamente desciende hasta el fondo del océano a una profundidad de 1000 m. Se propone bajar una campana de buceo al submarino para intentar el ingreso a la torreta del mismo. ¿Cuál debe ser la presión mínima del aire en la campana de buceo a la profundidad del submarino para evitar que entre agua en la campana cuando la válvula en su parte inferior se abra ligeramente? Dé su respuesta en kilopascales absolutos. Suponga que la densidad del agua tiene una densidad constante de 1.024 𝑔/𝑐𝑚3 .

Los edificios con techo plano son comunes en los climas secos debido a la economía en los materiales de construcción. Sin embargo, durante la estación lluviosa es posible que el agua se encharque en las azoteas, de modo que durante la construcción se deben tener en cuenta las implicaciones estructurales del peso adicional. Si se acumulan 25 cm de agua en un área de 10 m por 10 m durante una tormenta, determine: a) El peso total adicional que debe soportar el edificio b) La fuerza del agua sobre el techo en psi

Se usará una bomba centrifuga para bombear agua de un lago aun tanque de almacenamiento situado 148 ft por encima de la superficie del lago. La tasa de bombeo será de 25.0 gal/min y la temperatura del agua es de 60°F. La bomba de que se dispone puede alcanzar una presión de 50.0 psig si bombea a razón de 25.0 gal/min (Ignore la f r i c c i ó n de la tubería, los efectos de energía cinética y los factores relativos a la eficiencia de la bomba.) a) ¿A qué altura (en pies) puede la bomba subir el agua a esta temperatura y con esta tasa de flujo? b) ¿Es apropiada esta bomba para el servicio al que se le piensa destinar?

El manómetro del condensador de vapor de una turbina indica 26.2 pulg Hg de vacío. La lectura del barómetro es de 30.4 pulg Hg. ¿Qué presión hay en el condensador, en psia?

Juan dice que calculó con una fórmula que la presión en la cima del pico Pike es de 9.75 psia Pedro dice que es de 504 mm Hg porque es lo que encontró en una tabla. ¿Quién tiene razón?

Un instrumento de presión falló en una línea de proceso que requiere vigilancia constante. Se c u e n t a con un manómetro del tipo de campana (Fig.

P 1.87) que usa aceite (densidad = 0.800 𝑔/𝑐𝑚3 ) como

líquido sellador. La construcción del medidor limita el desplazamiento del líquido sellador a 12.7 cm antes de que se derrame el aceite. ¿Cuál es la presión máxima, en kPa que se puede medir con este manómetro?

Un estudiante conectó un manómetro de Bourdon diseñado para leer presiones manométricas a una línea de vacío y, al ver que no daba lectura, decidió ajustar el instrumento de modo que indicara 0 psi con un alto vacío y 14.7 psi a presión atmosférica. Sin embargo, el día que hizo

el ajuste el barómetro

indicaba 735 mm Hg, de modo que su lectura de 14.7 psi tuvo un pequeño error. Más adelante, se usó este manómetro para medir la presión de un tanque de aire, y marcó 5 1 psig. ¿Cuál debió ser la lectura

correcta del manómetro? En ese momento, el barómetro indicaba 750 mm Hg. Especifique todas las suposiciones que necesite hacer para resolver este problema.

Un fabricante de tanques de gran tamaño calcula la masa de fluido dentro del tanque midiendo la presión en el fondo en psig y multiplicando ese valor por el área de la base del tanque en pulgadas cuadradas. ¿Es correcto este procedimiento?

En la figura P1.93 se usa Hg para medir la presión entre los puntos M y N. El espacio sobre el Hg está ocupado por agua. ¿A cu á n t o a sc i e n d e Ap e n t re M y N ? ¿Cuál presión es más alta, PM o PN?

Un manómetro de Bourdon se conecta a un tanque grande y marca 440 kPa cuando el barómetro indica 750 mm Hg. ¿ Q u e l e ct u r a d a r á e l m a n ó m e t ro s i la p re s i ó n a t m o sf é r i c a a u me n t a a 7 6 5 m m Hg?

Un tubo en U (Fig. P1.97) con una rama de 20 pulg de altura se llena con mercurio hasta una profundidad de 12 pulg. A continuación, se cierra el extremo de la rama de 20 pulg y se agrega mercurio a la otra rama hasta que el nivel del mercurio en la rama cerrada alcanza 14 pulg de profundidad. ¿ Qué profundidad tiene el mercurio en la rama abierta?

La manometría de tanque hidrostática (HTG, hydrostatic tank gaging ) se vale de mediciones de presión en línea vertical para calcular la densidad de un fluido. Si los dos instrumentos de presión del tanque tienen una separación de 72.8 cm y las lecturas son 267 mm Hg y 211mm Hg, ¿Cuál es la densidad del fluido en el tanque?

La deflagración es una combustión rápida pero progresiva (con o sin explosión), en contra posición a una detonación, que es la descomposición instantánea de un material combustible. (La National Fire Protection Association en su norma NFPA 68 incluye definiciones técnicas más precisas.) En el caso de polvos, la velocidad de deflagración depende del tamaño de las partículas de polvo. La NFPA da una fórmula para calcular el área de las aberturas de ventilación de un edificio con el fin de evitar daños estructurales cuando hay deflagración 𝐴𝑉 = 𝐶𝐴𝑆 /𝑝0.5 donde 𝐴𝑉 es el área de ventilación necesaria (𝑓𝑡 2 𝑜 𝑚2 ), C es una constante que se debe determinar experimentalmente (NFPA 68 da algunos valores), 𝐴𝑆 es el área superficial del edificio y p es la presión (manométrica) interna máxima que el edificio puede soportar sin dañarse. En un elevador propuesto para almacenamiento de granos que tiene 8 m de diámetro y 10 m de altura, el área ventilada (entre el techo y las paredes superiores) es de 10.4 𝑚2 . ¿ Es suficiente esta área si el elevador está diseñado para una sobrepresión máxima de 7.5 kPa (diferencia de 7.5 kPa entre el interior y el exterior)? Suponga que para el polvo de granos C=0.41 (𝑘𝑃𝑎)0.5 . Tome nota de que en la práctica las ventilas deben distribuirse de manera uniforme por toda la estructura.

El líquido indicador del manómetro que se muestra en

la figura P 1.103 es agua y el otro líquido es

benceno. Estos dos líquidos son prácticamente insolubles entre sí. Si la lectura del manómetro es AZ = 36.6cm H2O, ¿ cuál es la diferencia de presión en kPa? La temperatura es 25°C.

Sección 1.7

a)

Cuántos gramos de c l o r u r o de bario se requieren para reaccionar con 5.00g de sulfato de sodio?

b) Cuántos gramos de cloruro de bario se requieren para precipitar 5.00 g de sulfato de bario? c) Cuántos gramos de cloruro de bario se necesitan para producir 5.00 g de cloruro de sodio? d) Cuántos gramos de sulfato de sodio se necesitan para precipitar el bario de 5.00 g de cloruro de bario? e) Cuántos gramos de sulfato de sodio se agregaron al cloruro de bario si se precipitaron 5.00 g de sulfato de bario? f) Cuántas libras de sulfato de sodio equivalen a 5.00 l b de cloruro de sodio? g) Cuántas libras de sulfato de bario se precipitan con 5.00 lb de cloruro de bario? h) Cuántas libras de sulfato de bario se precipitan con 5.00 l b de sulfato de sodio? i)

Cuántas libras de sulfato de bario equivalen a 5.00 l b de cloruro de sodio?

Una planta fabrica CO, líquido tratando piedra caliza dolomítica con ácido sulfúrico comercial. El análisis de la dolomita es el siguiente: 68.0% 𝐶𝑎𝐶𝑂3 30.0% 𝑀𝑔𝐶𝑂3 y 2.0% 𝑆𝑖𝑂2 el ácido es 94% 𝐻2 𝑆𝑂4 y 6% 𝐻2 𝑂. Calcule: a) Las libras de CO, producidas por tonelada de dolomita tratada. b) Las libras de ácido comercial requeridas por tonelada de dolomita tratada. Suponga que las reacciones son completas.

Se ha logrado eliminar el CO, de una nave espacial tripulada mediante absorción con hidróxido de litio según la reacción

a) Si una persona libera 1.00 kg de CO, al día, cuántos kilogramos de LiOH

se

requerirán por día

por persona? b) ¿Cuál sería el incremento en el peso que habría que llevar si en vez de LiOH se usara que es más barato?

El agua de mar contiene 65 ppm de bromo en forma de bromuros. En el proceso de recuperación EthylDow, se agregan 0.27 lb de ácido sulfúrico al 98% a cada tonelada de agua, junto con el Cl, teórico para efectuar la oxidación; por último, se combina etileno (𝐶2 𝐻4 ) con el bromo para formar 𝐶2 𝐻4 𝐵𝑟2 . Suponiendo una recuperación completa y utilizando como base de cálculo 1lb de bromo, calcule los pesos de ácido, cloro, agua de mar y dibromuro que intervienen en el proceso.

Cuál tendría que ser la cotización de otra empresa para igualar la propuesta de VWR si la cotización que presentara fuera por sulfato ferroso ( 𝐹𝑒𝑆𝑂4 𝐻2 𝑂)? Y por (𝐹𝑒𝑆𝑂4 4𝐻2 𝑂)?

Los olores de las aguas negras se deben principalmente a los productos de la reducción anaerobia de compuestos orgánicos que contienen nitrógeno y azufre. El sulfuro de hidrógeno es un componente importante de los olores de las aguas negras, pero de ninguna manera es el único productor de olores, ya que pueden percibirse olores potentes en su ausencia. Se puede usar la oxidación en aire para eliminar los olores, pero el cloro es el tratamiento preferido porque no sólo destruye él 𝐻2 𝑆,

y otros compuestos olorosos, sino que

también inhibe las bacterias que producen esos compuestos. Como ejemplo específico, el HOCL reacciona con 𝐻2 𝑆 en disoluciones de pH bajo como sigue: Si en la práctica real se prescribe un exceso de 100% de HO CL(a fin de garantizar la destrucción del 𝐻2 𝑆 en vista de que el HOCL también reacciona con otras sustancias), C u á n t o H O C L (disolución al 5%) se deberá agregar a 1 L de una disolución que contiene 50 ppm de 𝐻2 𝑆? La calcinación de piedra caliza, 𝐶𝑎𝐶𝑂3 → 𝐶𝑎𝑂 + 𝐶𝑂2 , sólo se efectúa al 70% de conversión en cierto horno. a) Q u é composición (% en masa) tiene el sólido que se extrae del horno? b) ¿Cuántos kilogramos de CO, se producen por cada kilogramo de piedra caliza alimentada? Suponga que la piedra caliza es 𝐶𝑎𝐶𝑂3 puro.

Un método para sintetizar el sustituto de la aspirina, acetaminofén, implica un proceso de tres pasos como se bosqueja en la figura P 1.119 Primero, el p-nitrofenol se hidrogena catalíticamente en presencia de ácido clorhídrico acuoso con el clorhidrato dep-aminofenol con un grado de terminación del 86.9%. Luego, la sal se neutraliza para obtener p-aminofenol con una conversión fraccionaria de 0.95. Por último, el p-aminofenol se acetila por reacción con anhídrido acético, con un rendi- miento de 3 kg mol de acetaminofén por cada 4 kg mol. ¿ C u á l e s l a c o n v e r s i ó n f r a c c i o n a r i a g l o b a l d e p - n i t r o f e n o l a

acetaminofén?

Desde un punto de vista simplista, un alto horno puede verse como un proceso en el que la reacción principal es

aunque ocurren otras reacciones secundarias indeseables, principalmente

Después de mezclar 600.0 lb de carbón (coque) con 1. OO tonelada de óxido de hierro puro 𝐹𝑒2 𝑂3 , el proceso produce 1200.0 lb de hierro puro, 183 l b de Fe0 y 85.0 lb de 𝐹𝑒2 𝑂3 , Calcule lo siguiente: a) El porcentaje de carbono en exceso suministrado, con base en la reacción principal b) El porcentaje de conversión de 𝐹𝑒2 𝑂3 , a Fe c) Las libras de carbón consumidas y las libras de CO producidas por tonelada de 𝐹𝑒2 𝑂3 , cargada d) La selectividad de este proceso (de Fe respecto a Fe0)

En el proceso de la pulpa por el método del sulfato, el licor de cocción alcalino se produce por las reacciones:

Después de ocurrir la primera reacción, el sulfuro de sodio se extrae por lixiviación de la masa y la disolución se trata con cal viva (𝐶𝑎𝑂) en forma de suspensión de lechada de cal, de modo que en realidad el reactivo es 𝐶𝑎(𝑂𝐻)2 . El precipitado de 𝐶𝑎𝑆 y 𝐶𝑎(𝑂𝐻)2 sin reaccionar se lava durante el filtrado y se retira. Se ha encontrado que se forman 12.7 lb de precipitado por cada lb de licor de cocción preparadas. El análisis del precipitado es 𝐶𝑎𝑆: 70.7%, 𝐶𝑎(𝑂𝐻)2 : 23.4% y 𝐶𝑎𝐶𝑂3 : 5.9%, este último presente como impureza en la cal empleada. El análisis del licor de cocción es 𝑁𝑎𝑂𝐻: 0.0%, 𝑁𝑎2 𝑆: 2.0% y 𝐻2 𝑂: 88.0%. Calcule: a) El porcentaje de exceso de cal usado. b) El porcentaje de conversión de la reacción. c)

La composición de la cal empleada.

En un proceso para fabricar cloro por oxidación directa de 𝐻𝐶𝑙 con aire sobre un catalizador para formar 𝐶𝑙, y, 𝐻2 𝑂 (únicamente), el producto de salida se compone de 𝐻𝐶𝑙 (4.4%), 𝐶𝑙 (19.8%), 𝑂 (4.0%) y 𝑁2 (52.0%). C u á l fue

a) el reactivo limitante? b) el porcentaje de reactivo en exceso? c)

el grado de conversión de la reacción?