• Author / Uploaded
• ASTRID

Citation preview

Química Aplicada a la Industria Supervisar y Controlar Variables de Procesos Químicos

SISTEMA DE UNIDADES Fuerza y masa: Mediante la segunda ley del movimiento de Newton la fuerza es proporcional a la masa por la acelaración 𝐹 ∝𝑚𝑎 Para definir la proporcionalidad en una ecuación y en términos de peso se tiene: 

𝐹=𝑚

𝑔 𝑔𝑐

Donde 𝑔𝑐 es una constante y dependiendo de las unidades se obtiene unidades de fuerza derivadas tales como la dina, el poundal y el newton (9,8 m/s2 ; 32,17 pie/ s2 )

SISTEMA DE UNIDADES

FACTORES DE CONVERSIÓN DE UNIDADES Una cantidad puede sumarse o restarse con otra sólo si sus unidades son iguales. Ejercicios: 1. Determine cuántos litros hay en 5,27 𝑝𝑖𝑒𝑠 3 2. Convertir una aceleración de 15

𝑝𝑖𝑒𝑠

𝑠2

a millas/ℎ2

3. Convertir 1.3 onzas/cm3 a kg/pie3 4. Convertir 38 dinas/cm2 a lbf/pulg2 5. Determine el número de pies3 en un barril y en una caneca

FACTORES DE CONVERSIÓN DE UNIDADES 6. Si el valor de g en el ecuador al nivel del mar es de 32,088 pies/s2 y éste valor disminuye mas o menos en 0,001 pies/s2 por cada 1000 pies de altitud. ¿Cuánto pesa una persona de 200 lb a una altitud de 5000 pies sobre el nivel del mar? 7. Una masa de 1kg se acelera con una fuerza de 4,5 kgf Calcular la aceleración en m/s2 8. Utilizando el precio actual de la gasolina corriente pesos/galón, determine el valor de 35 litros de gasolina 9. Convertir 10 millas/h a Km/minuto 100 millas/h a pies/s 5g/cm3 a lb/pie3 547 J/minuto a HP

en

FACTORES DE CONVERSIÓN DE UNIDADES 10. ¿Cuál es el peso en lbf de un objeto cuya masa es de 10lb 11.¿Cuál es el peso en poundal de un objeto cuya masa es 5600g?

VARIABLES DE PROCESO En una planta química se desarrollan en general OPERACIONES UNITARIAS y PROCESOS QUÍMICOS. La unificación de todos ellos constituye la llamada unidad de procesos

En el diseño de éstas unidades individuales, así como en el control de operación de las mismas deben conocerse una serie de datos tales como: volúmenes, presiones, temperaturas, composiciones, etc., llamadas también variables de proceso

VARIABLES DE PROCESO

Masa y Volumen Velocidad de Flujo

Composición Química Presión Temperatura

MASA Y VOLUMEN 

Densidad (ρ): masa por unidad de volumen M/L3



Volumen específico (v): volumen que ocupa una masa unitaria L3/M (m3/kg, lt/kg, pie3/lb, etc), para sólidos y líquidos es indep. T y P. Para gases no cumple.



Densidad relativa o Gravedad específica (G): la densidad de una sustancia en relación con una densidad de referencia bajo condiciones específicas.

 sustancia G referencia

MASA Y VOLUMEN 

La referencia utilizada en el caso de sólidos y líquidos es el agua a 4°C, la cual posee una densidad de 1g/cm3 o 62,43 lb/pie3. Ejemplo: 𝐺

20 4 °𝐶

= 0,7

Indica la gravedad específica de la sustancia a 20°C respecto al agua a 4°C Existen varias escalas en las cuales la gravedad específica se expresa en “grados” las cuales son:

UNIDADES ESPECIALES DE DENSIDAD 

ºAPI: productos derivados del petróleo

141,5 º API   131,5 G 

ºBaumé 145 º Be pesados  145  G

140 º Belivianos   130 G

UNIDADES ESPECIALES DE DENSIDAD 

ºTwaddell: líquidos más pesados que el agua

º Tw  200(G  1) 

ºBrix: Es una escala arbitraria y expresa el porcentaje en peso de azúcar en una solución. Un grado Brix corresponde a 1% en peso de azúcar 400 º Bx  400  G

UNIDADES ESPECIALES DE DENSIDAD Ejemplos:

UNIDADES ESPECIALES DE DENSIDAD Ejemplos:

VELOCIDAD DE FLUJO La velocidad a la cual se transporta material a través de una línea.  Flujo másico : masa transportada por unidad de tiempo. En condiciones estables el flujo másico es el mismo en todos los puntos de un ducto o tubería y puede calcularse a partir de la siguiente ecuación: 

VELOCIDAD DE FLUJO 

Caudal o Flujo volumétrico : es el volumen transportado en una unidad de tiempo



Flujo molar: Flujo de moles por unidad de tiempo

COMPOSICIÓN QUÍMICA 

Fracción másica



Fracción molar



masa de A xA  masa total

moles de A yA  moles totales Una solución contiene 25% de A por masa y 20% mol de B.   

Calcule la masa de A en 200 kg de solución. Calcule la velocidad de flujo de A en una corriente que fluye a una velocidad de 80 lbm/h Calcule la velocidad de flujo molar de B en una corriente que fluye a una velocidad de 680 mol/min

EJERCICIO 



Una mezcla de gases tiene la siguiente composición por masa: 

O2 20%



CO 15%



CO2 35%



N2

20%

Calcule la composición molar

PESO MOLECULAR PROMEDIO n

M   yi M i  y1 M 1  y 2 M 2  ...  y n M n i 1

Donde Mi representa la maso molecular Si se conocen las fracciones másicas: n 1 xi x1 x2 xn     ...  Mn M i 1 M i M1 M 2



Calcule el peso molecular promedio del aire si su composición molar es de N2 79%, O2 21% y su composición másica es N2 76,7% y O2 23,3%

EJERCICIO 

Una solución acuosa 0,30 molar de hidróxido de sodio fluye hacia una unidad de proceso a una velocidad de 1,25 m3/min. La gravedad específica de la solución es de 1,04 calcule:  



La concentración másica del NaOH en kg/m3 La velocidad de flujo másico La fracción másica de NaOH

PRESIÓN 

Es la relación entre al fuerza sobre unidad de área. Se puede expresar en atmósferas, kgf /cm2, pascales (N/m2), lbf /pulg2 (psi).

Los instrumentos utilizados para medir la presión se llaman Manómetros y el más sencillo es un tubo en forma de U, el cual está conectado por un extremo a la atmósfera y el otro extremo al sistema a medir. Psistema > Patmosférica = Pmanométrica Psistema < Patmosférica = Pvacío

PRESIÓN 

Presión atmosférica



Presión manométrica 



Altura de un fluido

Presión absoluta

F P A

Pmanométrica  gh Pabsoluta  Patmosférica  Pmanométrica

PRESIÓN

PRESIÓN Diagrama comparativo de presiones

TEMPERATURA 

Celsius (°C), Kelvin (K)



Fahrenheit (°F), Rankine (°R) º F  1,8º C  32

K º C  273,15 °R

º F  459,67 °

R  1,8K

DIFERENCIA DE TEMPERATURA

 º C  K  º F  R  º F  1,8 º C R  1,8K

BASE DE CÁLCULO (B. C.)

GRACIAS POR SU ATENCIÓN