Práctica N°5 CÁLCULO DEL PESO MOLECULAR

Práctica N°5

CÁLCULO DEL PESO MOLECULAR

I.- Introducción Teórica. 

En la planeación y en la ejecución de decisiones de nuestra tecnología moderna, el ingeniero y el hombre de ciencia deben conocer las propiedades de los fluidos y de los sólidos con los que trabajan. Cuando se requiere diseñar un equipo es necesario conocer el volumen especifico o la densidad del gas o del liquido que contendrá el reactor, en función de la temperatura y la presión. Si el interés radica en predecir la posibilidad o la abundancia de una precipitación pluvial, se debe contar con algunos conocimientos respecto a la relación entre la presión de vapor del agua y la temperatura. Cualquiera que sea o pueda ser el trabajo de un ingeniero químico, petrolero o que esté relacionado con tal trabajo, es necesario que posea información sobre el tipo y fuentes de datos relativos y propiedades físicas de los fluidos

Leyes del gas ideal. Un gas ideal es un gas imaginario que obedece exactamente ciertas leyes simples, tales como la de Boyle, Charles, Dalton y Amagat. Tal gas tiene masa pero las moléculas del gas en si no ocupan volumen y no existen fuerzas entre ellas. Ningún gas real obedece con exactitud estas leyes en todos sus intervalos de temperatura y de presión, aunque los gases ligeros (Hidrogeno, oxigeno, aire) en ciertas circunstancias, si son consistentes con las leyes de los gases ideales a pesar de existir desviaciones que pueden considerarse nulas. Los gases pesados, tales como el bióxido de azufre y los hidrocarburos, particularmente cuando las presiones son altas y las temperaturas bajas, dan lugar a desviaciones bastante grandes de  las leyes del gas ideal. Los vapores, en caso de encontrarse en condiciones cercanas a la del punto de ebullición, se desvían considerablemente de las leyes del gas ideal. Sin embargo a presiones bajas y temperaturas altas, el comportamiento de los vapores es semejante al de los gases ideales.

Con objeto de poder comparar las propiedades volumétricas de los diversos gases se han seleccionado por costumbre diversos estados estándar de temperatura y presión especificados arbitrariamente. Las condiciones estándar de temperatura y presión más comunes son:

Científicas universales                        32OF y 760 mm de Hg

Industria del gas natural                        60OF y 14.7 lb/in2 abs.

Ley del Gas Perfecto. Boyle determino que el volumen de un gas es inversamente proporcional a la presión absoluta considerada a temperatura constante. Charles demostró que, a presión constante, el volumen de un gas con cierta masa varía directamente con la temperatura absoluta. A partir del trabajo de Boyle y de Charles, los científicos desarrollaron la relación que ahora se conoce como la  “Ley del Gas Perfecto” o “Ley del Gas Ideal”.

[pic 1]

Al aplicar esta ecuación a un proceso que incluya un cambio de un grupo inicial de condiciones, se pueden establecer relaciones entre los términos semejantes que son adimensionales tal como sigue:

[pic 2]

En la cual los subíndices 1 y 2 se refieren a las condiciones iniciales y finales. Este arreglo de la ley del gas perfecto tiene la ventaja de poder expresar las presiones en cualquiera de los sistemas que se deseen, como la ín de Hg, mm de Hg, Kg/cm2, atm, etc., siempre y cuando se utilicen las mismas unidades para las dos condiciones de presión (por supuesto, que las presiones tendrán que ser absolutas en ambos casos). Del mismo modo, al agrupar juntos a los términos de temperatura absoluta y de volumen se obtiene relaciones adimensionales.

Densidad y peso especifico de los gases. La densidad de un gas se define como la masa por unidad de volumen, y puede expresarse como libras por pie cúbico, o gramos por litro. Considerando que la masa contenida en un volumen unitario, varía con la temperatura y la presión, tal como se menciono antes, siempre deberán especificarse cuidadosamente estas dos condiciones. A menos de que se indique otra cosa, generalmente se supone que los volúmenes son a C.E. la densidad puede calcularse seleccionando como base la unidad de volumen y después determinar la masa del gas contenido.

El peso específico de un gas generalmente se define como la relación entre la densidad del gas, a la temperatura y presión requerida, y la densidad del aire (o de cualquier otro gas de referencia) a cierta temperatura y presión. El uso del peso específico puede ser confuso en algunas ocasiones debido a la forma como se indican los valores del peso específico en la literatura. Se debe tener cuidado al utilizar los valores de los pesos específicos que se encuentran en la literatura y así mismo se debe tener un cuidado especial para definir claramente las condiciones de temperatura y de presión tanto para el gas en cuestión como para el gas de referencia.

Mezclas de gases ideales. En la mayoría de los casos, el ingeniero tendrá que tratar con mezclas de gases más que con un solo gas. Existen tres leyes para los gases ideales que pueden aplicarse en forma satisfactoria a las mezclas gaseosas.

Ley de Dalton.-Esta ley establece que la presión total de un gas es igual a la suma de las presiones ejercidas por las moléculas particulares de cada componente del gas. Asimismo, también indico que cada gas particular en una mezcla gaseosa podía considerarse que hipotéticamente ejercía una presión parcial cuyo valor es idéntico a la que se obtendría si su misma masa se encontrara sola en el mismo volumen total a la misma temperatura. La suma de las presiones parciales de cada componente en la mezcla gaseosa seria igual a la presión total, o sea:

[pic 3]

Relaciones para los gases reales. Se ha indicado que a temperaturas y presiones similares a las ambientes, muchos gases pueden suponerse que actúan como gases ideales. Sin embargo, para algunos gases en condiciones normales, y para la mayoría de los gases sujetos a condiciones de alta presión, tales cálculos que se desarrollarían utilizando la ley del gas perfecto darían lugar a una gran diferencia con respecto a los resultados experimentales.

Se pueden usar:

• Las ecuaciones de estado.
• Las graficas del factor de compresibilidad.
• Las propiedades calculadas.
• Los datos experimentales reales.

Aun cuando se disponga de esta última información las otras tres técnicas siguen siendo bastante satisfactorias para ciertos tipos de cálculos. Por supuesto que , cuando las condiciones son tales que parte del gas se licua, las leyes del gas se aplican únicamente a la porción del sistema que se encuentra en fase gaseosa- las leyes del gas real no pueden aplicarse al estado liquido, así como tampoco pueden utilizarse las leyes del gas ideal para el estado liquido.

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