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Asignatura: Termodinamica Aplicada, Profesor: Ruben Fonseca, Carrera: Ingeniero Químico, Universidad: UPV-EHU

Tipo: Apuntes

2017/2018
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Subido el 28/01/2018

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Ingeniaritza Kimikoa Saila
Dpto. de Ingeniería Química
GRADO EN INGENIERÍA QUÍMICA
PROBLEMAS DE TERMODINÁMICA APLICADA
TEMA 4. CALOR Y TERMODINÁMICA. EFECTOS TÉRMICOS
Apdo. 644 P.K. 48080 Bilbao
Euskal Herriko
Unibertsitatea
Universidad
del País Vasco
eman ta zabal zazu
1. La ecuación siguiente calcula el calor específico para el metano cuando la temperatura se
introduce en Kelvin:
gi -3 -6 2
P
C = 1,702 + 9,081×10 T - 2,164×10 T
R
Desarrolle una ecuación similar para cuando se quiera introducir la temperatura en °C.
Respuesta:
gi -3 -6 2
P
C = 4,021 + 7,899×10 T - 2,164×10 T ; T, ºC
R
2. (a) Calcule el calor requerido para elevar la temperatura de 1 mol de metano desde 260 °C
hasta 600 °C en un proceso en flujo a una presión lo suficientemente baja para que el
metano pueda considerarse un gas ideal.
(b) Idem para 10 moles de SO2 desde 200 a 1100 °C, a presión atmosférica.
Respuesta: a) 19778 J; b) 470,1 kJ
3. (a) ¿Cuál es la temperatura final cuando se añade una cantidad de calor de 400.000 Btu a
25 lb-mol de amoniaco inicialmente a 500 °F en un proceso en flujo estacionario a
aproximadamente 1 atm?
Ecuación dato:
gi 4
-3
P2
C1,860×10
= 3,578 + 3,020×10 T -
RT
(b) Idem para 800 kJ añadidos a 10 moles de etileno inicialmente a 200 °C, a presión
atmosférica.
Respuesta: a) 1250 K; b) 1374 K
4. Calcule el calor estándar a 25 °C para la siguiente reacción:
4 HCl(g) + O2(g) 2 H2O(g) + 2 Cl2(g)
Datos: Calores estándares de formación a 298,15 K
(ΔHof, 298 K)HCl(g): -92307 J mol-1 (ΔHof, 298 K)H2O(g): -241818 J mol-1
Respuesta: ΔHo298=-114408 J/4 moles HCl
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Dpto. de Ingeniería Química

GRADO EN INGENIERÍA QUÍMICA

PROBLEMAS DE TERMODINÁMICA APLICADA

TEMA 4. CALOR Y TERMODINÁMICA. EFECTOS TÉRMICOS

Apdo. 644 P.K. 48080 Bilbao

del País VascoUniversidad^ Euskal HerrikoUnibertsitatea

eman ta zabal zazu

  1. La ecuación siguiente calcula el calor específico para el metano cuando la temperatura se introduce en Kelvin: gi

CP = 1,702 + 9,081×10 T - 2,164×10 T-3 -6 2

R

Desarrolle una ecuación similar para cuando se quiera introducir la temperatura en °C.

Respuesta:

gi

CP = 4,021 + 7,899×10 T - 2,164×10 T ; T, ºC-3 -6 2

R

  1. (a) Calcule el calor requerido para elevar la temperatura de 1 mol de metano desde 260 °C hasta 600 °C en un proceso en flujo a una presión lo suficientemente baja para que el metano pueda considerarse un gas ideal. (b) Idem para 10 moles de SO 2 desde 200 a 1100 °C, a presión atmosférica. Respuesta: a) 19778 J; b) 470,1 kJ
  2. (a) ¿Cuál es la temperatura final cuando se añade una cantidad de calor de 400.000 Btu a 25 lb-mol de amoniaco inicialmente a 500 °F en un proceso en flujo estacionario a aproximadamente 1 atm?

Ecuación dato:

gi 4 P - 2

C 1,860×

= 3,578 + 3,020×10 T -

R T

(b) Idem para 800 kJ añadidos a 10 moles de etileno inicialmente a 200 °C, a presión atmosférica. Respuesta: a) 1250 K; b) 1374 K

  1. Calcule el calor estándar a 25 °C para la siguiente reacción:

4 HCl(g) + O 2 (g) → 2 H 2 O(g) + 2 Cl 2 (g) Datos: Calores estándares de formación a 298,15 K (ΔHof, 298 K)HCl(g): -92307 J mol -1^ (ΔHof, 298 K)H 2 O(g): -241818 J mol - Respuesta: ΔHo 298 =-114408 J/4 moles HCl

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PROBLEMAS DE TERMODINÁMICA APLICADA

TEMA 4. CALOR Y TERMODINÁMICA. EFECTOS TÉRMICOS

Apdo. 644 P.K. 48080 Bilbao

del País VascoUniversidad^ Euskal HerrikoUnibertsitatea

eman ta zabal zazu

  1. Calcule el calor estándar de la reacción de síntesis de metanol a 800 °C:

CO(g) + 2H 2 (g)→ CH 3 OH(g) Datos para el cálculo de calores específicos: Compuesto A 10 3 B 10 6 C 10 -5^ D CH 3 OH 2,221 12,216 -3,450 0, CO 3,376 0,557 0,000 -0, H 2 3,249 0,422 0,000 0,

Respuesta: ΔHo 800 ºC=-103566 J/ mol CH 3 OH

  1. ¿Cuál es la temperatura máxima que se puede alcanzar en la combustión del metano con 20% en exceso de aire? Ambos reactivos, metano y aire, entran al reactor a 25 °C. (Utilizar las tablas de calores de formación y coeficientes de capacidades caloríficas de los compuestos para resolver éste y los siguiente problemas). Considere 1 mol de CH (^4) quemado como base de cálculo. Suponga que el proceso ocurre a presión constante y que la composición molar del aire es 79%N 2 y 21%O 2. Respuesta: 2066 K
  2. Un método para la fabricación del gas de síntesis (mezcla de CO e H 2 ) es el reformado catalítico (con catalizadores de Ni sobre alúmina) de CH 4 con vapor a alta temperatura y presión atmosférica: CH 4 (g) + H 2 O(g) → CO(g) + 2H 2 (g) Durante el proceso ocurre también otra reacción de forma apreciable: CO(g) + H 2 O(g) → CO 2 (g) + H 2 (g) Si los reactivos se alimentan en la relación vapor/metano = 2/1 molar, y si se transfiere calor al reactor de forma que los productos salen a 1300 K, el metano se convierte completamente y la corriente de productos contiene un 17,4% en moles de CO. Suponiendo que los reactivos se precalientan a 600 K, calcule la aportación de calor al reactor.

Respuesta: 328010 J

Dpto. de Ingeniería Química

GRADO EN INGENIERÍA QUÍMICA

PROBLEMAS DE TERMODINÁMICA APLICADA

TEMA 4. CALOR Y TERMODINÁMICA. EFECTOS TÉRMICOS

Apdo. 644 P.K. 48080 Bilbao

del País VascoUniversidad^ Euskal HerrikoUnibertsitatea

eman ta zabal zazu

  1. Un gas combustible consiste de 94% de metano y 6% de nitrógeno se quema con un 35% de aire en exceso en un calentador de agua que opera en continuo. El combustible y el aire entran secos a 25 °C. El agua se calienta a la velocidad de 34 kg s -1^ desde 25 hasta 95 °C. El flujo de gases sale del calentador a 210 °C. Del metano entrante, el 70% se quema a CO 2 y el 30% a CO. ¿Qué flujo volumétrico de combustible se requiere si no hay pérdidas de calor hacia los alrededores? El exceso de aire empleado se ha determinado con relación a la reacción de combustión a CO 2. Considere como base de cálculo un mol de gas combustible. Respuesta: 17,4 kmol fuel/s