Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CAPÍTULO 13
REFERENCIAS Y LECTURAS RECOMENDADAS
1. A. Bejan, Advanced Engineering Thermodynamics, 2a. ed.,
Nueva York, Wiley Interscience, 1997.
2. Y. A. Çengel, Y. Cerci y B. Wood, “Second Law Analysis
of Separation Processes of Mixtures”, ASME International
Mechanical Engineering Congress and Exposition, Nashville,
Tennessee, 1999.
3. Y. Cerci, Y. A. Çengel y B. Wood, “The Minimum Separation
Work for Desalination Processes”, ASME International
Mechanical Engineering Congress and Exposition,
Nashville, Tennessee, 1999.
4. K. Wark, Jr., Advanced Thermodynamics for Engineers,
Nueva York, McGraw-Hill, 1995.
PROBLEMAS*
Composición de mezclas de gases
13-1C ¿Qué son la fracción másica y la fracción molar?
13-2C Considere una mezcla de varios gases de masas idénticas.
¿Serán idénticas todas las fracciones másicas? ¿Y las
fracciones molares?
13-3C La suma de las fracciones molares para una mezcla
de gases ideales es igual a 1. ¿Esto también es verdad para
una mezcla de gases reales?
13-4C Alguien afirma que las fracciones másica y molar
de una mezcla de CO 2 y N 2 O son idénticas. ¿Es cierto? ¿Por
qué?
13-5C Considere una mezcla de dos gases. ¿La masa molar
aparente de esta mezcla se puede determinar simplemente
tomando el promedio aritmético de las masas molares de los
gases individuales? ¿Cuándo será éste el caso?
13-6C ¿Cuál es la masa molar aparente para una mezcla de
gases? ¿La masa de cada molécula en la mezcla es igual a la
masa molar aparente?
13-7 Usando las definiciones de fracción másica y fracción
molar, deduzca una relación entre éstas.
13-8 Considere una mezcla de dos gases A y B. Demuestre
que, cuando se conocen las fracciones másicas fm A y fm B , las
fracciones molares se pueden determinar por
M B
y A
y y
M A 1fm A 1 M B 1 y A
B
donde M A y M B son las masas molares de A y de B.
13-9 La fracción de peso de un componente en una mezcla
de varias sustancias se define como el peso del componente
solo dividido entre el peso total de la mezcla. ¿Cuál es la relación
entre la fracción de peso y la fracción de masa?
13-10E Una mezcla gaseosa consiste en 3 lbmol de helio,
1.5 lbmol de oxígeno, 0.3 lbmol de vapor de agua y 25 lbmol
de nitrógeno. Determine la fracción molar de los diversos
* Los problemas marcados con “C” son preguntas de concepto y se
exhorta a los estudiantes a contestarlas todas. Los problemas
marcados con una “E” están en unidades inglesas, y quienes
utilizan unidades SI pueden ignorarlos. Los problemas con un ícono
son de comprensión y se recomienda emplear un software como
EES para resolverlos.
constituyentes y el peso molecular aparente de esta mezcla,
en lbm/lbmol.
13-11 Una mezcla de gases consiste en 5 kg de O 2 , 8 kg de
N 2 y 10 kg de CO 2 . Determine a) la fracción másica de cada
componente, b) la fracción molar de cada componente, y c) la
masa molar promedio y la constante del gas de la mezcla.
13-12 Determine las fracciones molares de una mezcla de
gases que consiste en 75 por ciento de CH 4 y 25 por ciento
de CO 2 a base másica. Asimismo, determine la constante del
gas de la mezcla.
13-13 Una mezcla de gases consiste en 5 kmol de H 2 y 4
kmol de N 2 . Determine la masa de cada gas y la constante del
gas aparente para la mezcla.
Respuestas: 10 kg, 112 kg, 0.613 kJ/kg · K
13-14 Una mezcla de gases consiste en 20 por ciento de O 2 ,
30 por ciento de N 2 y 50 por ciento de CO 2 , basados en masa.
Determine el análisis volumétrico de la mezcla y la constante
del gas aparente.
Comportamiento P-v-T de mezclas de gases
13-15C ¿Una mezcla de gases ideales es también un gas
ideal? Dé un ejemplo.
13-16C Exprese la ley de Dalton de presiones aditivas. ¿Esta
ley es exactamente válida para mezclas de gases ideales? ¿Y
para mezclas de gases no ideales?
13-17C Exprese la ley de Amagat de volúmenes aditivos.
¿Esta ley es exactamente válida para mezclas de gases ideales?
¿Y para mezclas de gases no ideales?
13-18C ¿Cómo se expresa el comportamiento P-v-T de
un componente en una mezcla de gases ideales? ¿Cómo se
expresa el comportamiento P-v-T del componente en una
mezcla de gases reales?
13-19C ¿Cuál es la diferencia entre la presión del componente
y la presión parcial? ¿Cuándo son equivalentes las dos?
13-20C ¿Cuál es la diferencia entre el volumen del componente
y el volumen parcial? ¿Cuándo son equivalentes los
dos?
13-21C En una mezcla de gases, ¿cuál componente tendrá
la presión parcial más alta, el que tiene un número mayor de
moles o el que tiene una masa molar mayor?
13-22C Considere un recipiente rígido que contiene una mezcla
de dos gases ideales. Se abre una válvula y escapa algo de