MEZCLAS DE GASES IDEALES Y GASES REALES

MEZCLAS DE GASES IDEALES Y GASES REALES
TERMODINÁMICA (1212)
SEMESTRE 2011-2
PROFESOR: GERARDO OMAR HERNÁNDEZ SEGURA
1.- Una mezcla gaseosa de hidrocarburos, cuya composición se desconoce, está constituida por
metano (CH4) y etano (C2H6), la cual tiene una densidad de 0.85 g/L a 200°C y 1.5 bar. ¿Cuál será
la composición de la mezcla en fracción mol?
2.- En un recipiente ubicado en la Ciudad de México (Patm = 58.5 cm Hg), se introduce una mezcla
gaseosa, a 350°F que contiene 0.3 lb de H2S, 0.7 lb de N2 y 0.45 lb de CH4. La presión manométrica
es de 20 cm Hg. Calcula:
a) El volumen que ocupa la mezcla gaseosa.
b) El porciento en masa de cada componente en la mezcla
c) La presión parcial de cada componente.
e) La densidad de la mezcla a esas condiciones.
3.- Calcula la densidad a 41oC y −30 mm Hg manométricas al nivel del mar, de una mezcla de helio
y neón que contiene 25 % en volumen de helio.
4.- Los aviones en la actualidad poseen un dispositivo que les indica la altitud con respecto al nivel
del mar, llamado altímetro, el cual está conectado a un barómetro y un termómetro que poseen
sensores ubicados en el fuselaje del avión. Si la lectura en estos instrumentos indican que la presión
atmosférica es de 14.2 cm Hg, y que la temperatura es de −50°C respectivamente, ¿Cuál será la
altitud a la que el avión se encuentra volando?
5.- Se introducen en un recipiente de un litro, 1.5 L de nitrógeno a 750 mm Hg y 0.5 L de oxígeno a
600 mm Hg. Ambos gases se encuentran originalmente a 27 oC. Calcula la presión de la mezcla a
50oC.
6.- Un gas consiste de una mezcla de etano y butano. Un recipiente de 200 mL se llena con esta
mezcla a la presión de 750 torr, a 20 oC. La masa de la mezcla es de 0.3846 g. Calcula la
composición de la mezcla en % en mol.
7.- Calcula la densidad en lb/ft3, a 35 in Hg y 80oC, de una mezcla de hidrógeno y oxígeno la cual
contiene 22 % de hidrógeno en porciento en masa.
8.- La fabricación de cloruro de metilo (CH 3Cl), a partir de metano (CH4) y cloro (Cl2) es un
proceso industrial importante, cuya reacción química es la siguiente:
CH4 (g) + Cl2 (g) → CH3Cl (g) + HCl (g)
Para esta transformación, la temperatura es de 400°C a 2 atm, la cual se mantuvo constante. Se
emplearon 4 kg de CH4 y 2 kg de Cl2. Asumiendo que la reacción se lleva a cabo en su totalidad y
que los gases involucrados se comportan idealmente:
a) ¿Cuáles serán las presiones parciales de los componentes que permanecen al final de la reacción?
b) ¿Cuál será la densidad de la mezcla gaseosa, en lb/ft3?
9.- Una masa de 700 g de n-butano se coloca en un recipiente a 425.1 K y 19 bar. Determina el
volumen que ocupa dicho gas empleando:
a) La ecuación del gas ideal
b) La correlación generalizada del factor de compresibilidad.
c) Calcula el volumen molar del líquido y el vapor empleando la ecuación de van der Waals
Para este gas Pc = 38 bar, Tc = 425.1 K.
10.- ¿Qué presión se genera cuando se guardan 7 kg de metano en un volumen de 2 ft3 a 122°F?
Haz los cálculos con:
a) La ecuación del gas ideal.
b) La ecuación de van der Waals
c) La correlación generalizada del factor de compresibilidad.
Se sabe que para esta sustancia: Vm,c = 0.099 L/mol, Tc = 190.53 K
11.- Una muestra de n-propano se encuentra a 1543.5 psia y 339.3°F. a) ¿En qué condiciones de
temperatura y presión debe encontrarse una muestra de cloro para estar en estados correspondientes
con el n-propano? b) ¿Cuál es el factor de compresibilidad de cada uno de estos gases? c) ¿Cuál es
el volumen molar de cada uno de estos gases? d) ¿Cuál es el volumen reducido de cada uno de estos
gases?
Para propano: Pc = 41.922 atm y Tc = 369.85 K
Para cloro: Pc = 78.87 atm y Tc = 416.9 K
12.- Calcula la densidad del nitrógeno en g/L a 171 K y 75 atm, si su presión crítica es igual a
33.5 atm y su temperatura crítica es igual a −147.1 °C. Para tus cálculos, utiliza la ecuación del
factor compresibilidad.
13.- Un tanque de 18 m3 de gas metano se encuentra a una presión de 180 atm y a una temperatura
de −44°C. Considerando que la temperatura reducida es 1.2 y que la presión reducida es de 4.0,
calcula las propiedades críticas del gas (Tc, Pc y Vc,m) así como las constantes “a” y “b” de la
ecuación de van der Waals, su factor de compresibilidad, y la densidad del gas a esas condiciones.
14.- Un mol de amoniaco (NH3) se encuentra a 220 atm y 174°C. Las constantes de van der Waals
para este gas son: a = 4.2481 atmL2/mol2 y b = 0.03784 L/mol. Con esta información, determina:
a) Las propiedades críticas de este gas (Pc, Tc y Vc,m).
b) El factor de compresibilidad.
c) La densidad que ocupa dicho gas, empleando la ecuación del factor de compresibilidad.
15.- Se requiere diseñar un tanque de forma esférica, en el cual se van a almacenar 20 kg de
n-propano a 1543.5 psia y 339.3°F. ¿Cuál será el diámetro de este tanque? Para este gas, las
propiedades críticas son: Pc = 41.922 atm, Tc = 369.85 K, y para tus cálculos, emplea la correlación
generalizada del factor de compresibilidad.
16.- Una cierta masa de CO inicialmente se encuentra a 140 bar y 212.48 K ocupando un volumen
de 100 L. Este gas sufre un cambio de estado de manera que al final su presión es de 595 bar y su
temperatura es de 398.4 K. Con esta información determina el volumen final que ocupa esta
muestra gaseosa, usando la ecuación de proceso del factor de compresibilidad. Para este gas
Pc = 35 bar y Tc = 132.8 K.