FQ-Engel

438 CAPÍTULO 17 Fenómenos de transporte
P17.7 Dos placas de metal paralelas separadas por 1 cm se
mantienen a 300 y 298 K, respectivamente. El espacio entre
las placas se llena con N 2
( s = 0.430 nm 2 y C V,m
= 5/2 R).
Determine el flujo de calor entre las dos placas en unidades
de W cm −2 .
P17.8 Determine la conductividad térmica de las siguientes
especies a 273 K y 1 atm:
a. Ar ( s = 0.36 nm 2 )
b. Cl 2
( s = 0.93 nm 2 )
c. SO 2
( s = 0.58 nm 2 , geometría: angular)
Necesita determinar C V,m
para las especies relacionadas.
Puede suponer que los grados de libertad traslacional y
rotacional están en el límite de alta temperatura, y que la
contribución vibracional a C V,m
se puede ignorar a esta
temperatura.
P17.9 La conductividad térmica de Kr es 0.0087 J K −1 m –1
s −1 a273Ky1atm. Estime la sección eficaz de colisión
de Kr.
P17.10 La conductividad térmica del Kr es
aproximadamente la mitad de la del Ar en idénticas
condiciones de presión y temperatura. Ambos gases son
monoatómicos, de forma que C V,m
= 3/2 R.
a. ¿Por qué es de esperar que la conductividad térmica de Kr
es menor que la de Ar?
b. Determine la ratio de las secciones eficaces de colisión de
Ar relativa a Kr, suponiendo condiciones de idéntica
presión y temperatura.
c. Para Kr a 273 K a 1 atm, k = 0.0087 J K −1 m −1 s −1 .
Determine la sección eficaz de colisión de Kr.
P17.11
a. Determine la ratio de la conductividad térmica de N 2
( s =
0.43 nm 2 ) a nivel del mar (T = 300 K, P = 1 atm) frente
a la baja estratosfera (T = 230 K, P = 0.25 atm).
b. Determine la ratio de la conductividad térmica de N 2
a
nivel del mar si P =1 atm, pero la temperatura es 100 K.
¿Qué grados de libertad energéticos serán operativos a baja
temperatura y cómo afectará a C V,m
?
P17.12 Las conductividades térmicas del acetileno (C 2
H 2
)
y N 2
a 273 K y 1 atm son 0.01866 y 0.0240 J m −1 s −1 K −1 ,
respectivamente. Basado en estos datos, ¿cuál es la ratio de la
sección eficaz de colisión del acetileno relativa a N 2
?
P17.13
a. La viscosidad de Cl 2
a 293 K y 1 atm es 132 mP.
Determine la sección eficaz de colisión de esta molécula
basada en la viscosidad.
b. Dada su respuesta al apartado (a), estime la conductividad
térmica de Cl 2
en las mismas condiciones de presión y
temperatura.
P17.14
a. La viscosidad de O 2
a 293 K y 1 atm es 204 mP. ¿Cuál es la
velocidad de flujo esperada a través de un tubo que tiene
un radio de 2 mm, longitud de 10 cm, presión de entrada
de 765 Torr, presión de salida de 760 Torr, con el flujo
medido en el final de la salida del tubo?
b. Si se usara Ar en el aparato ( h = 223 mP ) del apartado (a),
¿cuál sería la velocidad de flujo esperada? ¿Puede usted
determinar la velocidad de flujo sin evaluar la ecuación de
Poiseuille?
P17.15 El número de Reynolds (Re) se define como
Re = r〈 v x
〉 d h, donde r y h son la densidad del fluido y
viscosidad, respectivamente; d es el diámetro del tubo a
través del cual fluye el fluido y es la velocidad media.
El flujo laminar se da cuando Re < 2000, el límite en el que
se dedujeron las ecuaciones de la viscosidad del gas de este
capítulo. El flujo turbulento se da cuando Re > 2000. Para las
especies siguientes, determine el valor máximo de para
el que se da el flujo laminar:
a. Ne a 293 K ( h =313 mP, r = el de un gas ideal) a través de
un tubo de 2 mm de diámetro.
b. El agua líquida a 293 K ( h = 0.891 cP, r =0.998 g mL −1 ) a
través de un tubo de 2 mm de diámetro.
P17.16 La viscosidad de H 2
a 273 K a 1 atm es 84 mP.
Determine las viscosidades de D 2
y HD.
P17.17 Un viscosímetro de Ostwald se calibra usando agua
a 20°C ( h = 1.0015 cP, r = 0.998 g mL −1 ). Invierte 15 s en
que el fluido caiga desde el nivel superior al inferior del
viscosímetro. Un segundo líquido se sitúa entonces en
el viscosímetro e invierte 37 s en que el fluido caiga entre los
niveles. Finalmente, 100 mL del segundo líquido pesa 76.5 g.
¿Cuál es la viscosidad del líquido?
P17.18 ¿Cuánto invertirá en pasar 200 mL de H 2
a 273 K a
través de 10 cm de largo de un tubo capilar de 0.25 mm si las
presiones de entrada y salida del gas son 1.05 y 1.00 atm,
respectivamente?
P17.19
a. Deduzca la relación general entre el coeficiente de
difusión y viscosidad de un gas.
b. Dado que la viscosidad de Ar es 223 mP a 293 K y 1 atm,
¿cuál es el coeficiente de difusión?
P17.20
a. Deduzca la relación general entre la conductividad térmica
y la viscosidad.
b. Dado que la viscosidad de Ar es 223 mP a 293 K y 1 atm,
¿cuál es la conductividad térmica?
c. Dado que la viscosidad de Ar es 223 mP a 293 K y 1 atm,
¿cuál es la conductividad térmica de Ne en estas mismas
condiciones?
P17.21 Como se menciona en el texto, la viscosidad de los
líquidos decrece cuando crece la temperatura. La ecuación
empírica h( T)
= Ae ERT proporciona la relación entre la
viscosidad y la temperatura de un líquido. En esta ecuación,
A y E son constantes, refiriéndose E como la energía de
activación del flujo.