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• Ignacio Carrizo

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Mezcla de gases, gases-vapores y acondicionamiento de aire. Tarea semana 7 Termodinámica Instituto IACC David González Coroseo 29.07.2019

Desarrollo  ¿Cuál es la diferencia entre aire seco y aire atmosférico? (0,5 puntos) Respuesta: El aire de la atmosfera tiene algunas cantidades de vapor de agua y se le conoce como aire atmosférico en cambio el aire seco no contiene vapor de agua. Es decir el aire seco no contiene ninguna molécula de vapor H2O a diferencia del aire atmosférico que las tiene en diferentes concentraciones y se perciben como humedad.

 Se tiene una mezcla de gases en la cual todos los componentes tienen la misma masa, ¿serán idénticas todas las fracciones másicas? ¿Y qué sucede con las fracciones molares? Argumente su respuesta (0,5 puntos). Respuesta: Por comodidad el problema será resuelto en el cuaderno

a) Puedo analizar que, si los componentes tienen la misma masa denominada “m”, y que halla un componente llamado “q”, entonces las masas totales serán “qm”. Ahora bien, busco la fracción másica de cualquier componente llamado “i”. Expresión: (fm)i = masa del componente i / masa total (fm)i = m/qm = 1/q 𝑃𝑎𝑟𝑎 𝑡𝑜𝑑𝑜 𝑖, 1 ≤ 𝑖 ≤ q

Por lo tanto todas las fracciones másicas son idénticas.

b) La masa molecular del componente “i”, “Mi”, entonces el numero de moles del componente “i” será “ni = m/Mi” por lo tanto nT = n1 + n2 + n3 +……+ ni + ni+1 + ..... + mq. nT = m/m1 + m/m2 +..... + m/Mi + m/Mi+1 + .... + m/mq. Tenemos la siguiente expresión:

(fm)i = ni / ntotal (fm)i = (m/Mi) / (m/m1 + m/m2 +..... + m/Mi + m/Mi+1 + .... + m/mq). (fm)i = (1/Mi) / (1/m1 + 1/m2 +..... + 1/Mi + 1/Mi+1 + .... + 1/mq). Por lo tanto los Mi son diferentes.

 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 (0,5 puntos). Respuesta: Datos 

5kg de O2



8kg de N2



10Kg de CO2



Total de Kg es 23.

Además sabemos: 

(fm)i = mi / mtotal



(fn)i = ni / ntotal



M02 = 32 g/mol



Mn2 = 28 g/mol



Mco2 = 44 g/mol

solucion a:

Compuesto

mi(kg)

(fm)i

Ni

(fn)i

O2

5

0,2174

156,25

0,2335

N2

8

0,3478

285,71

0,4269

CO2

10

0,4348

227,27

0,3396

Totales

23

1

669,23

1

Compuesto

mi(kg)

(fm)i

Ni

(fn)i

O2

5

0,2174

156,25

0,2335

N2

8

0,3478

285,71

0,4269

CO2

10

0,4348

227,27

0,3396

Totales

23

1

669,23

1

Solución b:

Solución c: Masa molar promedio=23000 / 669,23 = 34,4 g/mol Constante del gas de la mezcla = 8,314 / 34,4 = 0,242 kJ/Kg K

 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 (1 punto).

Respuesta:

El volumen de N2 es 0.32 metros cúbicos

El volumen de O2 es 2.06 metros cúbicos La presión final de la mezcla es 203.36 kpa.

Un recipiente contiene 21 kg de aire seco y 0,3 kg de vapor de agua a 30 °C y 100 kPa de presión total. Determine a) la humedad específica, b) la humedad relativa, y c) el volumen del recipiente (1 punto).

Respuesta: Masa del aire seco (mas) = 21 Kg Masa del vapor de agua (mv) = 0,3 Kg T =30°C = 303K P =100 KPa Solución a w = mv / mas w = 0,3 / 21 w = 0,014 Solución b T = 30°C de la Tabla A-4 tenemos lo siguientes: Pg = 4,2469 KPa w = 0,622 (Pv / P – Pv) 0,014 = 0,622 (Pv / 100 – Pv) Pv = 2,251 KPa Ø =Pv / Pg = 2,251 / 4,2469

Ø = 0,53 = 53% de humedad relativa.

Solución c Pv V = (mv/18) *RT 2,251 V = (0,3/18) *8,314*303 2,251 V = 0,017 * 2519,14 2,251 V = 42,83 V = 42,83 / 2,251 V = 19,03 Litros

 Una casa contiene aire a 25 °C y 65 por ciento de humedad relativa. ¿Se condensará humedad en las superficies internas de las ventanas cuando la temperatura de la ventana baja a 10 °C? Argumente su respuesta incluyendo los cálculos realizados (1 punto). Respuesta: En el caso de la condensacion de la ventana tenemos lo siguiente: Ø = 100% T = 25°C de la tabla A-4 tenemos Pg = 3,1698 kPa. T = 10°C de la tabla A-4 tenemos Pg = 1,2281 kPa. T = 25°C Ø = Pv / Pg 0,65 = Pv / Pg 0,65 = Pv / 3,1698

Pv = 0,65 * 3,1698 Pv = 2,06037 kPa W = 0,622 Pv / P-Pv W = 0,622 * (2,06037 / (101,325 – 2,06037)) = 12,91 g de vapor / Kg de aire seco T = 10°C Ø = 100% implica Pv = Pg = 1,2281 kPa. W = 0,622 Pg / P – Pg W = 0,622 * (1,2281 / (101,325 – 1,2281)) = 7,63 g de vapor / Kg de aire seco Entonces como w a 25°C > 10°C, Si ocurre la condensación del agua. W = 12,91 – 7,63 W = 5,28 g de agua que se condensa / 1 Kg de aire seco R: Debido a lo expuesto anteriormente podemos afirmar que si ocurre la condensación.

 El aire de un cuarto tiene una presión de 1 atm, una temperatura de bulbo seco de 24 °C y una temperatura de bulbo húmedo de 17 °C. Usando la carta psicrométrica, determine: a. la humedad específica. b. la entalpía, en kJ/kg aire seco c. la humedad relativa, d. la temperatura de punto de rocío e. el volumen específico del aire, en m3 /kg aire seco. Para su respuesta, incluya la determinación de las propiedades sobre la carta psicrométrica (2 puntos) Respuesta:

Datos P = 1 atm TbS = 24°C Tbh = 17°C Todos los resultados fueron obtenidos con el modelo de carta otorgado por IACC: a) w = 9 g de vapor / Kg de aire seco b) h = 48 kJ / Kg de aire seco c) Ø = 50% d) Tpr = 12,5°C e) Vr = 0,853 m3 / Kg de aire seco

 Un sistema de acondicionamiento de aire opera a presión total de 1 atm y consiste en una sección de calentamiento y un humidificador que agrega vapor de agua saturado a 100 °C. El aire entra a la sección de calentamiento a 10 °C y 70% de humedad relativa, a razón de 35 m3 /min, y sale de la sección de humidificación a 20 °C y 60% de humedad relativa (3 puntos). Determine: a. la temperatura y la humedad relativa del aire cuando sale de la sección de calentamiento b. la tasa de transferencia de calor en la sección de calentamiento c. el flujo de adición de agua al aire en la sección de humidificación.

Respuesta:

Solución a T2 = 19,5°C Ø2 = 37%

Solución b: Q° = 418,32 kJ/min

Solución c: mh2o = 0,1477 Kg/min

Bibliografía IACC (2018). Mezcla de gases, gases-vapores y acondicionamiento de aire. Termodinámica. Semana 7.