MEZCLA DE GASES Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Mecánica MEZCLA DE GASES • Análisis Molar • Análisis gravimétrico MEZCLA DE GASES • Análisis Molar • Análisis gravimétrico Masa Molar Promedio Constan del gas: EJERCICIO Considere una mezcla de gases que se compone de 3 kg de O2, 5 kg de N2 y 12 kg de CH4, como se indica en la figura. Determine a) la fracción de masa de cada componente, b) la fracción molar de cada componente y c) la masa molar promedio y la constante de gas de la mezcla. a) la fracción de masa de cada componente 𝑓𝑚𝑂2 𝑚𝑂2 3 𝑘𝑔 = = = 0.15 𝑚𝑚 20 𝑘𝑔 𝑓𝑚𝑁2 𝑚𝑁2 5 𝑘𝑔 = = = 0.25 𝑚𝑚 20 𝑘𝑔 𝑓𝑚𝐶𝐻4 = 𝑚𝐶𝐻4 12 𝑘𝑔 = = 0.60 𝑚𝑚 20 𝑘𝑔 𝑚𝑚 = 𝑚𝑂2 + 𝑚𝑁2 + 𝑚𝐶𝐻4 = 3 + 5 + 12 = 20 𝑘𝑔 EJERCICIO Considere una mezcla de gases que se compone de 3 kg de O2, 5 kg de N2 y 12 kg de CH4, como se indica en la figura. Determine a) la fracción de masa de cada componente, b) la fracción molar de cada componente y c) la masa molar promedio y la constante de gas de la mezcla. b) la fracción molar de cada componente 𝑦𝑂2 𝑁𝑂2 0.094 𝑘𝑚𝑜𝑙 = = = 0.092 𝑁𝑚 1.023 𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑦𝑁2 𝑁𝑁2 0.179 𝑘𝑚𝑜𝑙 = = = 0.175 𝑁𝑚 1.023 𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑦𝐶𝐻4 = 𝑁𝐶𝐻4 0.750 𝑘𝑚𝑜𝑙 = = 0.733 𝑁𝑚 1.023 𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑁𝑚 = 𝑁𝑂2 + 𝑁𝑁2 + 𝑁𝐶𝐻4 = 0.094 + 0.179 + 0.750 = 1.023 𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑁𝑂2 𝑁𝑁2 3 𝑘𝑔 𝑚𝑂2 = = 0.094 𝑘𝑚𝑜𝑙 = 32 𝑘𝑔/𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑀𝑂2 5 𝑘𝑔 𝑚𝑁2 = = 0.179 𝑘𝑚𝑜𝑙 = 28 𝑘𝑔/𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑀𝑁2 𝑁𝐶𝐻4 = 12 𝑘𝑔 𝑚𝑂2 = = 0.750 𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑀𝐶𝐻4 16 𝑘𝑔/𝑘𝑚𝑜𝑙 EJERCICIO Considere una mezcla de gases que se compone de 3 kg de O2, 5 kg de N2 y 12 kg de CH4, como se indica en la figura. Determine a) la fracción de masa de cada componente, b) la fracción molar de cada componente y c) la masa molar promedio y la constante de gas de la mezcla. c) la masa molar promedio y la constante de gas de la mezcla. 𝑚𝑚 20 𝑘𝑔 𝑀𝑚 = = = 19.6 𝑘𝑔/𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑁𝑚 1.023 𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑘𝐽 8.314 𝑘𝐽 𝑅𝑢 𝑘𝑚𝑜𝑙 𝐾 = = 0.424 𝑅𝑚 = 𝑘𝑔 𝐾 𝑀𝑚 19.6 𝑘𝑔/𝑘𝑚𝑜𝑙 COMPORTAMIENTO P-v-T DE MEZCLAS DE GASES: GASES IDEALES COMPORTAMIENTO P-v-T DE MEZCLAS DE GASES: GASES IDEALES PROPIEDADES DE MEZCLAS DE GASES: GASES IDEALES Energía interna de la mezcla: Entalpía de la mezcla: PROPIEDADES DE MEZCLAS DE GASES: GASES IDEALES Cambio de Energía interna de la mezcla: Cambio de Entalpía de la mezcla: PROPIEDADES DE MEZCLAS DE GASES: GASES IDEALES Entalpía y energía interna específicas de cada componente de la mezcla: Calores específicos de cada componente de la mezcla: : EJERCICIO En una mezcla de gases ideales, las presiones parciales de los gases componentes son como sigue: CO2, 12.5 kPa; O2, 37.5 kPa, y N2, 50 kPa. Determine las fracciones molares y fracciones másicas de cada componente. Calcule la masa molar aparente, la constante aparente de la mezcla de los gases, el calor específico a volumen constante, y la relación de calores específicos a 300 K para la mezcla. Considere 100 kmoles. EJERCICIO En una mezcla de gases ideales, las presiones parciales de los gases componentes son como sigue: CO2, 12.5 kPa; O2, 37.5 kPa, y N2, 50 kPa. Determine las fracciones molares y fracciones másicas de cada componente. Calcule la masa molar aparente, la constante aparente de la mezcla de los gases, el calor específico a volumen constante, y la relación de calores específicos a 300 K para la mezcla. Considere 100 kmoles. EJERCICIO En una mezcla de gases ideales, las presiones parciales de los gases componentes son como sigue: CO2, 12.5 kPa; O2, 37.5 kPa, y N2, 50 kPa. Determine las fracciones molares y fracciones másicas de cada componente. Calcule la masa molar aparente, la constante aparente de la mezcla de los gases, el calor específico a volumen constante, y la relación de calores específicos a 300 K para la mezcla. Considere 100 kmoles. EJERCICIO Las fracciones másicas de una mezcla de gases son 15 por ciento de nitrógeno, 5 por ciento de helio, 60 por ciento de metano y 20 por ciento de etano. Esta mezcla está confinada en un recipiente rígido bien aislado de 10 m3, a 200 kPa y 20 °C. Se hace girar una rueda de paletas en el recipiente hasta que se haya realizado un trabajo de 100 kJ sobre la mezcla. Calcule la presión y la temperatura finales de la mezcla. Considere 100 kg de mezcla EJERCICIO Las fracciones másicas de una mezcla de gases son 15 por ciento de nitrógeno, 5 por ciento de helio, 60 por ciento de metano y 20 por ciento de etano. Esta mezcla está confinada en un recipiente rígido bien aislado de 10 m3, a 200 kPa y 20 °C. Se hace girar una rueda de paletas en el recipiente hasta que se haya realizado un trabajo de 100 kJ sobre la mezcla. Calcule la presión y la temperatura finales de la mezcla. Considere 100 kg de la mezcla. EJERCICIO Las fracciones másicas de una mezcla de gases son 15 por ciento de nitrógeno, 5 por ciento de helio, 60 por ciento de metano y 20 por ciento de etano. Esta mezcla está confinada en un recipiente rígido bien aislado de 10 m3, a 200 kPa y 20 °C. Se hace girar una rueda de paletas en el recipiente hasta que se haya realizado un trabajo de 100 kJ sobre la mezcla. Calcule la presión y la temperatura finales de la mezcla. Considere 100 kg de la mezcla. EJERCICIO Las fracciones másicas de una mezcla de gases son 15 por ciento de nitrógeno, 5 por ciento de helio, 60 por ciento de metano y 20 por ciento de etano. Esta mezcla está confinada en un recipiente rígido bien aislado de 10 m3, a 200 kPa y 20 °C. Se hace girar una rueda de paletas en el recipiente hasta que se haya realizado un trabajo de 100 kJ sobre la mezcla. Calcule la presión y la temperatura finales de la mezcla. Considere 100 kg de la mezcla. EJERCICIO Las fracciones másicas de una mezcla de gases son 15 por ciento de nitrógeno, 5 por ciento de helio, 60 por ciento de metano y 20 por ciento de etano. Esta mezcla está confinada en un recipiente rígido bien aislado de 10 m3, a 200 kPa y 20 °C. Se hace girar una rueda de paletas en el recipiente hasta que se haya realizado un trabajo de 100 kJ sobre la mezcla. Calcule la presión y la temperatura finales de la mezcla. Considere 100 kg de la mezcla. EJERCICIO Una mezcla de gases contiene 30% de O2, 40% de N2, 10% CO2 y 20% CH4. Luego, esta mezcla se calienta de 20 °C a 200 °C mientras fluye por un tubo a presión constante 150 kPa. Determine la transferencia de calor a la mezcla por unidad de masa de la mezcla. Considere 100 kmol de la mezcla. Q Balance de energía Eentra=Esale 30% O2 40%N2 10% CO2 20% CH4 20°C 1 200°C 2 Q+energía masa entra= energía masa sale SOLUCIÓN Q 30% O2 40%N2 10% CO2 20% CH4 20°C 200°C 2 1 ℎ1 + 𝑞 = ℎ2 𝑞 = ℎ2 − ℎ1 𝑞 = 𝑐𝑝(𝑇2 − 𝑇1) SOLUCIÓN 𝑞 = 𝑐𝑝(𝑇2 − 𝑇1) SOLUCIÓN 𝑘𝐽 𝑞 = 𝑐𝑝(𝑇2 − 𝑇1) = 1.1051 200 − 20 = 199 𝑘𝐽/𝑘𝑔 𝑘𝑔 𝐾 EJERCICIO Un recipiente contiene una mezcla compuesta por 30% H2, 40% He, 30% N2 de volumen. Después de ciertos minutos la mezcla se expande de 5 Mpa hasta 0.2 Mpa. ¿ Cuál es el trabajo producido por unidad de masa de la mezcla sí la temperatura inicial es de 600°C?. Considere 100 kmol de la mezcla. Trabajo producido EJERCICIO Un recipiente contiene una mezcla compuesta por 30% H2, 40% He, 30% N2 de volumen. Después de ciertos minutos la mezcla se expande de 5 Mpa hasta 0.2 Mpa. ¿ Cuál es el trabajo producido por unidad de masa de la mezcla sí la temperatura inicial es de 600°C?. Considere 100 kmol de la mezcla. EJERCICIO Un recipiente contiene una mezcla compuesta por 30% H2, 40% He, 30% N2 de volumen. Después de ciertos minutos la mezcla se expande de 5 Mpa hasta 0.2 Mpa. ¿ Cuál es el trabajo producido por unidad de masa de la mezcla sí la temperatura inicial es de 600°C?. Considere 100 kmol de la mezcla. EJERCICIO Un recipiente contiene una mezcla compuesta por 30% H2, 40% He, 30% N2 de volumen. Después de ciertos minutos la mezcla se expande de 5 Mpa hasta 0.2 Mpa. ¿ Cuál es el trabajo producido por unidad de masa de la mezcla sí la temperatura inicial es de 600°C?. Considere 100 kmol de la mezcla. Temperatura de salida EJERCICIO Un recipiente contiene una mezcla compuesta por 30% H2, 40% He, 30% N2 de volumen. Después de ciertos minutos la mezcla se expande de 5 Mpa hasta 0.2 Mpa. ¿ Cuál es el trabajo producido por unidad de masa de la mezcla sí la temperatura inicial es de 600°C?. Considere 100 kmol de la mezcla. Trabajo producido EJERCICIO El análisis volumétrico de una mezcla de gases es 30 por ciento de oxígeno, 40 por ciento de nitrógeno, 10 por ciento de dióxido de carbono y 20 por ciento de metano. Esta mezcla fluye por un tubo de 2 cm de diámetro a 8000 kPa y 15 °C con una velocidad de 3 m/s. Determine los flujos volumétrico y másico de esta mezcla. Flujo volumétrico: EJERCICIO El análisis volumétrico de una mezcla de gases es 30 por ciento de oxígeno, 40 por ciento de nitrógeno, 10 por ciento de dióxido de carbono y 20 por ciento de metano. Esta mezcla fluye por un tubo de 2 cm de diámetro a 8000 kPa y 15 °C con una velocidad de 3 m/s. Determine los flujos volumétrico y másico de esta mezcla. Flujo másico: EJERCICIO El análisis volumétrico de una mezcla de gases es 30 por ciento de oxígeno, 40 por ciento de nitrógeno, 10 por ciento de dióxido de carbono y 20 por ciento de metano. Esta mezcla fluye por un tubo de 2 cm de diámetro a 8000 kPa y 15 °C con una velocidad de 3 m/s. Determine los flujos volumétrico y másico de esta mezcla. Flujo másico: EJERCICIO El análisis volumétrico de una mezcla de gases es 30 por ciento de oxígeno, 40 por ciento de nitrógeno, 10 por ciento de dióxido de carbono y 20 por ciento de metano. Esta mezcla fluye por un tubo de 2 cm de diámetro a 8000 kPa y 15 °C con una velocidad de 3 m/s. Determine los flujos volumétrico y másico de esta mezcla. Flujo másico: MEZCLA DE GASES REALES