DISEÑO DE EQUIPOS E INSTALACIONES

DISEÑO DE EQUIPOS E INSTALACIONES. INGENIERÍA QUÍMICA-4º (PRIMER PARCIAL)
Diciembre-2007 (1,0 hora 30 minutos)
1.- Calcular la energía libre estándar asociada a la siguiente reacción a 25 ºC:
Ni(s) + H2O(l)  NiO(s) + H2(g)
- Atendiendo a los resultados obtenidos, discutir si sería posible que el níquel metálico pudiera oxidarse a
temperatura ambiente en contacto con el agua.
- Sería posible obtener, a partir de disoluciones acuosas de sulfato de níquel, níquel metálico por reducción con
hidrógeno gas. Razonar la respuesta.
- Indicar la aplicación más importante del níquel.
- Definir que son las denominadas superaleaciones.
2.- El binario Cu-P ( cuando el %P  14% en peso) son las siguientes.
El cobre y el fósforo presentan una afinidad intermetálica dando lugar a un compuesto Cu3P con un punto de fusión de
1020 ºC.
El cobre y el Cu3P, presentan la afinidad eutéctica a 707 ºC siguiente:
Solución Sólida-  (1,15%P) + Cu3P  Líquido (8,25 %P)
A temperatura ambiente, la solubilidad del fósforo en la Solución Sólida-  en de tan solo 0,50 % P. El punto de fusión
del cobre es 1083 ºC.
Se pide:
- Dibujar el diagrama de fases.
Para una aleación con el 4,50% P, calcular:
- El intervalo de solidificación.
- Porcentaje de constituyente matriz en el equilibrio.
- Suponiendo una solidificación de inequilibrio: porcentaje de constituyente matriz y composición media, mínima y
máxima del constituyente disperso.
- Si la aleación tiene un 7% de P, ¿produciría un sólido más compacto ( con menos microrrechupes y sopladuras).
Razonar la respuesta.
- Además del Cu3P integrado en el eutéctico, ¿se precipitaría más Cu3P al enfriar hasta temperatura ambiente?. Si así
fuera, ¿cómo se podría evitar esta precipitación?.
Datos: Peso atómico de cobre = 64 ; Peso atómico de fósforo = 31.
3.- En una viga de longitud, L, ancho, w, y espesor , t, empotrada en un extremo y a una carga F en el extremo
opuesto, seleccionar el material más con rigidez adecuada: que no supere una flecha,  , conocida e igual a:
1 F L3
3 EI
,que tenga la capacidad de minimizar: a) el peso, b) el coste entre los abajo indicados.
Material
Al-12% Si
Acero
PVC
CFRD
Hormigón Armado
E(GPa)
71
210
3
200
50
Densidad (t/m3)
2,7
7,9
1,4
1,6
2,4
Establecer la escala de peso y precios respecto al material elegido. Conclusiones.
Coste, Cp (Libras/t)
1130
250
600
20000
130
DISEÑO Y DE EQUIPOS E INSTALACIONES 4º (INGENIERÍA QUÍMICA). DICIEMBRE-2007
(2º Parcial). (Una hora)
1.- Si las estructuras de los refractarios de semi – sílice (SiO2 – Al2O3 ) pueden estudiarse en el diagrama de
equilibrio binario SiO2  Al2O3 adjunto, se pide para un producto fundido con el 4% en peso de Al2O3 ,
calcular:
a) Temperatura a la cual comienza el proceso de solidificación.
b) Temperatura a la cual finaliza la solidificación. Composición y cantidad de los constituyentes presentes
una vez finalizada la solidificación del fundido.
c) Estructura del material a 1000 ºC (constituyente matriz y disperso).
d) ¿ Puede ser el Al2O3 un buen mineralizante para activar la transformación del cuarzo en los refractarios
de sílice?. Razonar la respuesta.
e) Estimar el tiempo necesario para transformar una partícula de cuarzo de 2,5 mm de diámetro en tridimita
si la temperatura de trabajo es de 1440 ºC si el coeficiente de difusión de las cadenas de Si-O-Si es de
2,5 10-7 cm2· s-1 .
Datos: Pesos atómicos del Al(27); O(16), Si(28).
2.- En acero con el 0,025% de C calcular la cantidad de perlita a temperatura ambiente. ¿ Que cantidad de
martensita se puede formar por enfriamiento en agua?. Razonar la respuesta.
En la austenita de un acero al carbono, ¿ cual sería la máxima cantidad teórica de carbono en inserción que
podría admitir la red de austenita expresada en % atómico y en % en peso?. Comparar los resultados
obtenidos con los del diagrama Fe-C.
En la ferrita de un acero al carbono, ¿ cual sería la máxima cantidad teórica de carbono en inserción que
podría admitir la red de la ferrita expresada en % atómico y en % en peso?. Comparar los resultados
obtenidos con los del diagrama Fe-C.