TALLER GASES IDEALES 1. Cinco pies cúbicos de un gas ideal se encuentran a presión de 18 psia. Se comprime el gas hasta 80 kPa sin cambio en la temperatura, ¿cuál es el volumen final? 2. El volumen específico del O2 es 2 m3/kg a 160 oC y 8,16 psia. Se calienta el O2 a presión constante hasta que su volumen específico es 8 m 3/kg. ¿Cuál es la temperatura final? 3. Determine la constante universal de los gases en cada una de las siguientes unidades: a) atm.lt/g-mol. K b) atm.lt/lb-mol.K c) mm Hg. m3/kg-mol.K d) psi.pie3/lb-mol.R e) kPa.m3/kg-mol.R f) kPa.m3/lb-mol.R 4. Calcular el volumen ocupado por 60 g-mol de O 2 a 230 oF y presión absoluta de 4 atm. Para todos los problemas en los cuales se aplica la ecuación de estado PV = nRT. 5. Dentro de un recipiente cuyo volumen es 100 litros hay nitrógeno a 300 psia y 25oC. Suponiendo que puede aplicarse la ecuación de estado de un gas ideal, calcular la masa en libras dentro del recipiente. 6. En algunas industrias se seleccionan como condiciones normales una temperatura de 60 oF y presión de 30 pulgadas de Hg. ¿ Cuál es el volumen molar a estas condiciones ?. 7. Un flujo volumétrico de hidrógeno de 5 000 pies 3/min, entra a un compresor a 70oF y 750 mm Hg. Si la presión a la salida es 10 000 psia y la temperatura 80oF, calcular suponiendo comportamiento ideal: a) El flujo volumétrico a la salida del compresor. b) El flujo de masa. 8. Una siderúrgica utiliza 600 pies cúbicos de oxígeno para procesar una tonelada de acero. Si el volumen es medido a 12 psia y 70 oF, qué masa de oxígeno es necesaria para un horno que procesa 20000 toneladas/mes ?. 9. Dos esferas cada una de 6 pies de diámetro, son conectadas por una tubería en la cual hay una válvula. Cada esfera contiene helio a una temperatura de 80°F. Con la válvula cerrada, una esfera contiene 2,5 lb y la otra 1,25 lb de helio. Luego de que la válvula se abre y se obtiene el equilibrio, cuál es la presión común en las esferas si no hay pérdida ni ganancia de energía? .
10. La altura de un tanque cilíndrico que contiene 30 lb de CO 2 es el doble de su diámetro. Si la presión es 3 kgf/cm2abs. y la temperatura 20 oC, ¿cuáles son las dimensiones del tanque? 11. Determine la densidad del aire en g/lt a 560 mm Hg y 18 oC, suponiendo que está compuesto por 21 % molar de O2 y 79 % de N2. 12. Un recipiente rígido cuyo volumen es de 40 pies 3 a 22 oC y 1 atm. se llena con N2. Si se calienta hasta 200 oC, la válvula del recipiente se abre y parte del N2 sale. Determine la masa en lb de N2 que sale del recipiente. 13. Cincuenta pies3 de O2 a 14.7 psig y 0 oF se mezclan con 21 libras de N 2 a 20 oC y 740 mm Hg y la mezcla resultante es llevada a 10 oC y 1 atm. ¿Cuál es la presión parcial del oxígeno en la mezcla final? 14. Una mezcla gaseosa contiene 1 lb de H 2 y 10 lb de N 2 a 70 oC y 3 atm. abs. Calcular: a) La composición en volumen b) La presión parcial de cada componente c) Los volúmenes de componente puro d) La densidad de la mezcla e) La masa molecular media de la mezcla 15. Los gases secos provenientes de una combustión tienen la siguiente composición molar: N2 79,2%, O2 7,2%, y CO2 13,6%. Calcular: a)El volumen del gas en pies3 a 200 oC y 743 mm Hg por cada lb de gas. b)El volumen en pies3 a las condiciones de (a) por lb de carbono presente. 16. El gas natural de un pozo tiene la siguiente composición en volumen: CH4 60%, C2H6 16%, C3H8 10% y C4H10 14%. a) ¿Cuál es la composición en peso ? b) ¿Cuál es la composición molar? c) ¿Qué volumen en pies3 ocuparán 100 lb de gas a 70 oF y 74 cm Hg ? d) ¿Cuál es la densidad del gas en lb/pie 3 a 70 oF y 740 mm Hg ? 17. La composición en volumen de una mezcla gaseosa es la siguiente: CO 2 15%, C2H6 25%, N2 50% y CO 10%. Si la presión es 700 mm Hg y la temperatura 24oC, calcular: a) La masa molecular media. b) El volumen en m3 por kg de gas. c) La densidad de la mezcla en g/lt. d) El volumen en lt de 1 g-mol de gas. e) El volumen en m3 por kg-at de carbono presente en el gas. 18.
Calcule el volumen ocupado por 25 lb de N2 a 1 atm. de presión y 20 oC.
19. Calcule los kg de O2 contenidos en un cilindro de 1.5 m3, si la presión es 50 psia y la temperatura 77 oF. 20. Ciento veinte galones de H2 a 250 psig y temperatura de 360 oF se enfrían a volumen constante hasta 100 oF. Si la presión barométrica es 14 psi, ¿ cuál es la presión final en psig ? 21. ¿ Cuál es el flujo volumétrico a condiciones normales de 300 pies 3/mi de metano (CH4) a 250 oC y 730 mm Hg ? 22. El caudal de aire en un compresor es 500 m 3/hr a condiciones normales. ¿Cuántos kg/hr de aire pasan por el compresor? 23. El volumen específico del nitrógeno es 1,9 m 3/kg a 200oC. Luego de calentarlo en un proceso a presión constante aumenta hasta 5,7 m 3/kg. Determine la temperatura final. 24. ¿ Cuál es el volumen específico de un gas a 180 psia y 90 oF, si su densidad a condiciones normales es 0.0892 lb/pie 3? 25. En un recipiente se mantiene nitrógeno a una presión de 25 atm. y a una temperatura de 75 oC. Calcular la masa de éste gas si el volumen es de 1 litro. 26. En una habitación de 35 m2 de superficie y 3,1 m de altura se halla aire a 23oC y a presión barométrica de 730 mm Hg. Qué cantidad de aire penetrará de la calle a la habitación, si la presión barométrica aumenta hasta 760 mm Hg?. La temperatura del aire permanece constante. 27. Dos pies3 de un gas ideal a 50 psig sufren un cambio de estado a temperatura constante hasta que la presión alcanza un valor de 15 psig. La presión barométrica es 12 psi. ¿ Cuál es el nuevo volumen ? 28. La temperatura de 4,82 lb de oxígeno que ocupan un volumen de 8 pies 3 varía desde 110 oF hasta 200 oF mientras la presión permanece constante en 115 psia. Determine: a) El volumen final b) El cambio en la densidad expresado como porcentaje de la densidad inicial. c) Variando la presión pero con la temperatura constante, determine la presión final si el volumen se cuadriplica. 29. Un recipiente cerrado A contiene 3 pies 3 (VA) de aire a PA=500 psia y a una temperatura de 120 oF. Este recipiente se conecta con otro B, el cual contiene un volumen desconocido de aire VB a 15 psia y 50 oF. Luego de abrir la válvula que separa los dos recipientes, la presión y la temperatura resultantes son 200 psia y 70 oF. Cuál es el volumen VB ? En un recipiente de 5 m3 de capacidad se encuentra aire a 1 atm. y 300 o C. Se extrae aire del recipiente hasta producir un vacío de 600 mm Hg. La
30.
temperatura del aire después de la extracción sigue siendo la misma. Qué cantidad de aire se ha extraído?¿ Cuál será el valor de la presión en el recipiente después de la extracción, si el aire que queda se enfría a 20 oC? 31.
Determine la densidad del aire en g/lt a condiciones normales.
32. Las presiones parciales de una mezcla de H 2 y N2 son respectivamente 4 y 8 atm. ¿ Cuál es la densidad de la mezcla en g/lt a 25 oC ? 33. ¿ Cuál es la densidad en lb/pie3 de una mezcla gaseosa cuya composición en volumen es: CH4 50% y H2 50%. La presión es 150 pulg. de Hg abs y la temperatura 100 oF. 34. Una mezcla gaseosa contiene 5 lb de H 2, 10 lb de CO2 y 20 lb de N2. Calcule la densidad de la mezcla en lb/pie 3 a 310 oC y 170 kPa. 35. Una mezcla de O2 y N2 a 40 oC y 2 atm., posee una presión parcial de O 2 de 435 mm Hg. a) ¿ Cuántos kg de O2 hay en 100 kg de gas ? b) ¿Cuál es la densidad del gas en g/lt a condiciones normales ? 36. Un gas de proceso fluye a razón de 20 000 pies 3/hr , 1 atm. y 200 oF. El gas contiene H2S con una presión parcial de 0,0294 psi. ¿ Cuántos kg/mi de H 2S fluyen? 37. Un gas natural tiene la siguiente composición en volumen: CH 4 88%, C2H6 4% y N2 8%. Este gas se conduce desde un pozo a una temperatura de 80 oF y presión absoluta de 250 cm de Hg. Calcular: a) La presión parcial del N2 en kPa. b) El volumen de componente puro en pies3 de CH4 por cada 100 lb de gas. c) La densidad de la mezcla en lb/pie 3. 38. Un gas de chimenea tiene la siguiente composición en volumen: CO 2 11%, CO 2%, O2 7% y N2 80%. a) Calcule los pies3 de gas a 20 oC y 600 mm Hg por cada lb-mol de CO2 contenida en el gas. b) Calcule el volumen molar del gas a las condiciones de (a) en pies 3/lb-mol. 39. Una mezcla gaseosa ideal contiene: SO 3 0,8% v , SO2 7,8% , O2 12,2% , N2 79,2% Calcular: a) El volumen del gas a 600 oF y 24 pulg de Hg abs por cada lb de gas. b) El volumen molar del gas en lt/g-mol a 1 atm. y 20 oC. c) El volumen de componente puro del N2 en pies3 por cada lb de azufre presente en el gas a las condiciones de (a). 40. Un horno de coquización produce un millón de pies 3 por hora de un gas cuyo análisis en volumen es:
C6H6 5,0, % H2 35,0 % , C7 H8 5,0 % , CO2 5,0 % , CH4 40.0 % N2 3,0 % , CO 7,0 % El gas sale a 20 psia y 740 oF. Luego de enfriarlo a 100 oF el benceno y el tolueno son separados por absorción. Calcular: a) La masa molecular media del gas que sale del horno y del gas que sale del absorbedor. b) La masa en libras del gas que sale del absorbedor. c) La composición en volumen del gas que sale del absorbedor d) La masa en libras de benceno y tolueno absorbidos.
