formulario sobre quimica, Apuntes de Química

¡Descarga formulario sobre quimica y más Apuntes en PDF de Química solo en Docsity!

PROCESOS DE SEPARACION I

SEGUNDA OPORTUNIDAD

ALEJANDRA FLETES

MARTINEZ VILLEDA ALISON GUADALUPE

Sistema de Unidades SI

Longitud (m)

Tiempo (s)

Elemento (Kg mol)

Masa (Kg)

Temperatura (K)

Se deriva de esta

Unidad de Fuerza:

2

Unidad básica de trabajo, calor o energía es el newton - metro o Joule (J):

2

2

La potencia se mide en Joules o Watts (W):

La unidad de presión es el newton/m

2

o Pascal (Pa):

2

2

El tiempo no decimal se mide en:

La aceleración de la gravedad se define como:

2

Algunos de los prefijos para múltiplos de las unidades básicas son:

o 𝑔𝑖𝑔𝑎 (𝐺) = 10

9

o 𝑚𝑒𝑔𝑎 (𝑀) = 10

6

o 𝑘𝑖𝑙𝑜 (𝑘𝑔) = 10

3

o 𝑐𝑒𝑛𝑡𝑖

− 2

o 𝑚𝑖𝑙𝑖

− 3

o 𝑚𝑖𝑐𝑟𝑜

− 6

o 𝑛𝑎𝑛𝑜

− 9

Temperatura

Unidades molares, unidades de peso y masa

Es el número de moles de dicha sustancia dividido entre el número total de moles.

𝑓𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖o𝑛 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝐴

Es la masa de la sustancia dividida entre la masa total

𝑤𝐴 (𝑓𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖o𝑛 𝑒𝑛 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑜 𝑒𝑛 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝐴) =

Unidades de concentración para líquidos

Una forma conveniente de expresar las concentraciones de los componentes deuna solución es la M olar i dad, que se

define como: el número de g mol de un componente por litro de solución. Que se expresa en:

o 𝑘𝑔

3

o 𝑔

o 𝑔

3

o 𝑙𝑏

𝑚

3

o 𝑙𝑏

𝑚

⁄𝑔𝑎𝑙o𝑛.

Todas estas medidas de concentración dependen de la temperatura, por lo que es necesario especificarla. El método más

común para expresar la concentración total por unidad de volumenes la Densidad:

o 𝑘𝑔⁄𝑚

3

o 𝑔

3

o 𝑙𝑏𝑚

3

Presión

Presión absoluta

𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎

2

Presión manométrica

2

2

2

3

3

2

5

Ley de los Gases Ideales

La Ley de los Gases Ideales de Boyle indica que el volumen de un gas es directamente proporcional a la temperatura absoluta

e inversamente proporcionala la presión absoluta:

Donde:

𝑝 es la presión absoluta en 𝑁/𝑚

2

𝑉 es el volumen del gas en 𝑚

3

𝑛 es el número de 𝑘𝑔 𝑚𝑜𝑙 de gas

𝑇 es la temperatura absoluta en K

𝑅 es la constante de la ley de los gases y tiene un valor de 8 314. 3

𝐾𝑔 𝑚

2

𝐾𝑔𝑚𝑜𝑙 𝑠

2

𝐾

Las condiciones estándar de temperatura y presión se definen arbitrariamente como: 101.325 kPa (1 atm) abs y 273.15 K (0°C)

En estas condiciones los volúmenes son:

3

3

3

298

Unidades de Energía y Calor

En el sistema SI la energía se expresa en Joules (J) o kilo Joules (kJ). La energíatambién se expresa en btu, abreviatura de

“British thermal units” (unidades térmicasinglesas) o en cal (calorías). La caloría se define como la cantidad de calor

necesarias para calentar 1.0 g de agua 1.0 °C (de 14.5 °C a 15.5 °C). El btu se definecomo la cantidad de calor necesaria para

aumentar 1 °F la temperatura de 1 lbde agua; por tanto:

La capacidad calorífica de una sustancia se define como la cantidad de calor necesaria para aumentar su temperatura un

grado. Puede expresarse para 1 g, 1 lb, 1 g mol, 1 kg mol o 1 lb mol de sustancia. Una capacidad calorífica expresadaen unidades

SI es:

En otras unidades es:

o 𝑐𝑎𝑙⁄𝑔 ∗ °𝐶

o 𝑐𝑎𝑙⁄𝑔 𝑚𝑜𝑙 ∗ °𝐶

o 𝑘𝑐𝑎𝑙⁄𝑘𝑔 𝑚𝑜𝑙 ∗ °𝐶

o 𝑏𝑡𝑢

o 𝑏𝑡𝑢

Las capacidades caloríficas de los gases (mejor conocidas como calores específicos) a presión constante 𝐶𝑝 están en

función de la temperatura y puedensuponerse independientes a la presión cuando se trata de pocas atmósferas.

Conservación de energía y Balances de Calor

La Ley de conservación de energía postula que toda la energía que entra a un proceso es igual a la que sale más la que

queda en el proceso.

En muchos procesos de la ingeniería la energía eléctrica, la energía potencial y eltrabajo no están presentes o resultan

despreciables. Es por ello que solo es necesario tomar en cuenta la entalpía de los materiales, la energía normal de la

reacción química y el añadido o extraído. Esto es lo que se llama Balance de Calor.

𝑅

0

𝑃

Donde ∑ 𝐻

𝑅

es la suma de las entalpías de todos los materiales que entran al proceso de reacción con respecto al estado de

referencia para dar el calor normalde la reacción a 298 K y 101.32 kPa.

Métodos Numéricos para integración

La integración de una función 𝑓(𝑥) entre los límites 𝑥 = 𝑎 y 𝑥 = 𝑏 puede representarse como:

𝑥=𝑏

𝑥=𝑎

Graficando 𝑓(𝑥) contra x el área bajo la curva es igual al valor de la integral

A menudo se desea o se necesita efectuar una integración numérica calculandoel valor de una integral definida a partir

de un conjunto de valores numéricos integrando 𝑓(𝑥). El método numérico más empleado es la regla parabólica a

menudo llamado Regla de Simpson. En este método se divide el intervalo total 𝑏 − 𝑎 en un número par de subintervalos 𝑚

donde:

El valor de ℎ es el espaciamiento de 𝑥 que se emplea. Entonces aproximando 𝑓(𝑥) mediante una parábola en cada

subintervalo, la Regla de Simpson es:

𝑥=𝑏

[

0

1

3

5

𝑚− 1

2

4

6

𝑚− 2

𝑚

)]

𝑥=𝑎

Estática de Fluidos

La ecuación para el cálculo de la fuerza ejercida por una masa sujeta a la influenzade la gravedad es:

(𝑢𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑠 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 𝑖𝑛𝑔𝑙é𝑠)

Presión en un Fluido

La fuerza ejercida por una masa sometida a la acción de la gravedad, la fuerza

desarrollada por una masa de fluido sobre su área de apoyo o fuerza / unidad

de área (presión)

0

1

2

0

2

Para calcular la presión en diferentes puntos verticales. La masa total del fluido parala altura ℎ

2

𝑚 y una densidad 𝑝 𝑘𝑔⁄𝑚

3

es:

2

2

3

2

Al sustituir en la ecuación anterior la fuerza total 𝐹 del fluido sobre el área 𝐴

1

debidaúnica mente al fluido es:

2

2

2

2

Transporte de calor y Ley de Fourier

Puede escribirse como sigue para una densidad p constante y una capacidad calorífica cp.

Donde

o 𝑞𝑧

𝐴 es el flujo de calor en 𝐽

2

o 𝛼 es la difusividad térmica en 𝑚

2

o 𝑝𝑐𝑝𝑇 es la concentración de calor o energía en 𝐽

3

Transporte de masa y la Ley de Fick

Concentración total constante del fluido es:

𝐴𝑍

∗

𝐴𝐵

𝐴

Donde:

𝐴𝑍

∗

es el flujo de A en 𝑘𝑔 𝑚𝑜𝑙 𝐴

2

𝐴𝐵

es la difusividad molecular de lamolécula 𝐴 en 𝐵 en 𝑚

2

𝑐𝐴 es la concentración de 𝐴 en 𝑘𝑔 𝑚𝑜𝑙 𝐴

3

Viscosidad de los Fluidos

La Ley de la viscosidad de Newton cuando el flujo es laminar se expresa:

𝑧

𝑦

Donde 𝜇 es una constante de proporcionalidad llamada viscosidad del fluido en

𝑚 ∗ 𝑠. Cuando ∆𝑦 tiende a cero y usando derivadas:

𝑦𝑧

Donde 𝑟𝑦𝑧 es el esfuerzo cortante o por fuerza por unidad de área en 𝑛𝑒𝑤𝑡𝑜𝑛𝑠

2

2

). La

ecuación también puede escribirse:

𝑦𝑧

𝑐

Donde 𝑟

𝑦𝑧

está en 𝑙𝑏

𝑓

2

Las unidades de viscosidad en el sistema cgs son g/cm· s, llamadas poise o centipoise (cp).

En el sistema SI, la viscosidad se expresa en Pa * s (N * s/m2 o kg/m * s).

1 cp = 1 X 10-3 kg/m. s = 1 X 10-3 Pa. s = 1 X 10-3 N. s/m2 (SI)

1 cp = 0.01 poise = 0.01 g/cm· s

1 cp = 6.7197 x lO-4lbm/pie. s

Transferencia de momento lineal en un fluido

El esfuerzo cortante 𝜏

𝑦𝑧

puede interpretarse como un flujo de momento lineal dirigido a z en la dirección y, esto es, la

velocidad de flujo de momento lineal por unidad de área. Las unidades de momento lineal son masa por velocidad, kg *

m/s El esfuerzo cortante puede escribirse como

𝑦𝑧

2

momento lineal

2