Taller en clase no. 02 cálculos básicos

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA EQUINOCCIAL

[pic 1]

Estudiante: Karol Patricia Narváez Jiménez

Facultad: Ciencias de la Ingeniería e Industrias

Asignatura: Control de gases y partículas

Carrera: Ingeniería Ambiental y Manejo de Riesgos Naturales

Docente: Marco Antonio Jácome Rivera

Paralelo: A

Tema:  Taller en clase no. 02 cálculos básicos

Periodo Académico: abril 2019- agosto 2019

Este primer capítulo tiene como objeto recordar al estudiante algunos conceptos básicos tanto químicos como numéricos para abordar con éxito los problemas propuestos en los capítulos siguientes. Por ello comienza con ejercicios sobre cambio de unidades, haciendo hincapié en aquellas unidades más habituales al tratarse de gases, y continúa con problemas relativos a estequiometria, gases ideales e introduce el concepto de rendimiento de un proceso.

PROBLEMAS RESULETOS

1. La concentración media de  en una estación de control de la contaminación atmosférica, que se encuentra 14 ºC y una presión total del aire 782 mm Hg, es de 980. Expresar dicha concentración en ppm, en moles y en moléculas.[pic 2][pic 3][pic 4][pic 5]

• Datos:

Los datos necesarios para resolver el problema son:

                     980 .    T= 14ºC     P=782 mm Hg[pic 6][pic 7]

               R= 0,082    [pic 8][pic 9]

                Ar(N) = 14,0; Ar(O) = 16,0⇨ Mr() = 46,0[pic 10]

• Desarrollo:

• En el caso de los contaminantes atmosféricos, gaseoso, cuando la concentración se expresa en partes por millón (ppm), se trata de una relación volumen/volumen, que puede expresarse de diferentes maneras según convenga:

                     =…..[pic 11]

 La conversión que se pide implica por lo tanto transformar la masa de  en volumen de , para lo cual se puede recurrir a la ecuación de los gases ideales:[pic 12][pic 13]

                                 [pic 14]

O lo que es lo mismo:

[pic 15]

De acuerdo con los datos proporcionados, la concentración de  es de 980 , es decir, que en un metro cúbico de aire hay una masa de 980  de , masa que equivale a un volumen de: [pic 16][pic 17][pic 18][pic 19]

                                         [pic 20]

                                         =4,87[pic 21][pic 22]

Por lo tanto, hay 0,487 ml de  en cada  de aire, es decir, la concentración de  es de 0,487 [pic 23][pic 24][pic 25][pic 26]

                                                 0,487 ppm [pic 28][pic 27]

• La concentración molar se obtiene convirtiendo la masa de dióxido de nitrógeno en moles, magnitudes relacionadas mediante la masa molecular relativa:

[pic 29]

[pic 30]

• Finalmente, a partir de la concentración molar, y teniendo en cuenta el número de Avogadro, se relaciona moles con número de moléculas:

[pic 31]

[pic 32]

• Comentarios adicionales:

Observar que en todos los problemas se asume un comportamiento ideal para todos los gases, lo que permite el uso de ecuaciones como la de los gases ideales.

1. Dada la siguiente tabla predecir el efecto que producirán estas concentraciones de :[pic 33]

1. 2816 [pic 34]
2. 790  (Presión: 1 atm, Temperatura: 27 ºC)[pic 35]
3. 5moléculas[pic 36][pic 37]

• Datos:

Además de los datos facilitados por el enunciado, son necesarias las siguientes constantes (que se encuentran en el apéndice 1 del libro) para la resolución del problema:

R= 0,082  l*atm*K-1*mol-1   NA = 8,023 * 1023 mol-1

Ar(S) = 32,1 ; Ar(O) = 16,0 🡪 Mr(SO2) = 64,1

• Desarrollo:

• Para poder comparar las concentraciones de dióxido de azufre con los valores tabulados y sus efectos, es necesario transformar dichas concentraciones a las mismas unidades empleadas en la tabla, esto es a partes por millón (ppm).

1. En este apartado [SO2] = 2816 ųg * Nm-3. Cuando se trata de contaminantes gaseosos, y dado que el volumen ocupado por una misma cantidad de gas varía en función de las condiciones de presión y temperatura, es habitual referirnos los volúmenes a condiciones normales de presión y temperatura, de modo que la comparación entre diferentes medidas es más fácil. Así, en la concentración anterior el volumen de aire está expresado como metro cúbico normal (Nm3), es decir, volumen de aire ocupado en condiciones normales de presión y temperatura, 0 °C y 1 atmósfera. Para calcular la concentración de dióxido de azufre en ppm, se debe transformar la masa de SO2 a volumen, lo cual se puede llevar a cabo haciendo uso de la ecuación de los gases ideales:

P * V =  * R* T[pic 39]

1 * V =  * 0,082 * 273 [pic 40]

VSO2 = 9,83 * 10-4 l = 0,983 ml

Por lo tanto, la concentración de SO2 será de 0,983 ml * Nm-3 (0,983 ppm). Si se compara con la información facilitada por la tabla, se puede concluir que dicha concentración de dióxido de azufre afectará al reconocimiento de sabores y olores, y podrá causar irritación ocular en personas sensibles.

[pic 41]

• Otra estrategia de resolución:

• Dado que se está en condiciones normales (c.n.) de presión y temperatura (1 atm y 0 °C), se puede resolver este apartado sin necesidad de recurrir a la ecuación de los gases ideales teniendo en cuenta que el volumen molar de cualquier gas en c.n. es de 22,4 l.

*  *  *  = 0,984 ml * Nm-3 [pic 42][pic 43][pic 44][pic 45]

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