TALLER UNIDAD 1 BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA

TALLER UNIDAD 1

PRESENTADO POR:

RONALD DANIEL CABARCAS COLMENARES (1651141)

PRESENTADO A:

NESTOR ANDRES URBINA SUAREZ

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER

FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS Y DEL AMBIENTE

INGENIERÍA AMBIENTAL

BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA

SAN JOSÉ DE CÚCUTA

2018 - II

TALLER UNIDAD 1

Exprese las siguientes medidas en unidades del sistema internacional utilizando factores de conversión:

5 Km ? 5Km 1000m/1Km=5000m

35,8 h ? 35,8 h (3600 s)/(1 h)=128880 s

65 Hg ? 65 Hg (100 g)/(1 Hg)=6500 g

78 dg ? 78 dg (10 g)/1dg=780 g

18 cm3 ? 18 ?cm?^3 ?1 m?^3/(1 ?cm?^3 )=0,018 L

35 °F ? 5/9(°F-32)+273,15 ? 5/9 (35°F-32)+273,15=274,667 K

3 atm ? 3 atm (101325 Pa)/(1 atm)=303975 Pa

P=(x* v^(Sec 60°))/(2 pr)

¿En la fórmula anterior donde x es masa, v velocidad y r radio, que magnitud física representa P?

a. presión b. fuerza c. potencia d. densidad e. trabajo f. energía

Solución:

P=(x?.v?^2)/2pr ? dimensiones: P=(M(LT^(-1) )^2)/L ? P=(ML^2 T^(-2))/L ? P=MLT^2=Fuerza.

Si la siguiente expresión es dimensionalmente correcta halle k

C= v((PK^2)/Dd)

Donde C es velocidad, P presión, D densidad, d diámetro. Que dimensión es K

Solución:

C^2*(PK^2)/Dd ? PK^2=C^2.Dd ? K=v((C^2.Dd)/P) ? K=(m^2/s^2 *Kg/m^3 *m)/(Kg/(m*s^2 )) ? K=(m^3/s^2 *Kg/m^3 )/(Kg/(m*s^2 )) ?

K=m^4/s^2 *Kg/m^3 *s^2/Kg ? K=m

RTA: K es una constante dimensional de Longitud

La siguiente ecuación permite calcular el caudal de agua potable que circula por un orificio

Q= CAv2gh

Donde g es aceleración, A área, Q caudal, h altura. Determine las unidades de C en el sistema internacional.

Solución:

Datos:

Q= Caudal (se mide en m^3/s) [Q]=L^3/T=L^3 T^(-1)

A= Área [A]= L^2

g= Aceleración de la gravedad [g]= ?LT?^(-2)

h= Altura [h]= L

Aplicamos el principio de homogeneidad

[Q]=[CAv2gh]

[Q]=[C][A][v2][g]^(1/2) [h]^(1/2)

L^3 T^(-1)=[C]L^2 (?LT?^(-2) )^(1/2) (L)^(1/2)

L^3 T^(-1)=[C] L^2.L^(1/2).T^(-1).L^(1/2)

L^3 T^(-1)=[C] L^2.T^(-1)

1=[C]

RTA: C es adimensional, por lo tanto, no tiene unidades.

En la siguiente ecuación

A= KA^2

A se mide en Newton y B en metros, que dimensión debe tener K para que la ecuación sea homogénea.

a. MLT-2 b. ML2T-3 c. MF-2 d. M-2LT-2 e. ML-1T-2

Kg(m/s^2 )=K(m)^2 ? K=ML/(T^2.L^2 ) ? K= M/(T^2.L)

En un experimento se verifica que el periodo T0 de oscilación de un sistema cuerpo - resorte, depende solamente de la masa (m) del cuerpo y de la kte elástica (Ke) del resorte. Cuál sería la ecuación para el periodo en función de Ke y m.

Ke = MT-2.

Km/Ke*e

v(k&m/Ke)

v(m/Ke)

K?(m/Ke)

KmKe

Ke = MT-2 ? K_e=M/T^2 ? T^2=m/K_e ? T=v(m/K_e )

El sulfato de aluminio es utilizado para la fase de coagulación en el tratamiento de agua potable, se utilizan 800 ppm del sulfato de aluminio. Que Normalidad posee este sulfato de aluminio.

Solución:

Datos peso molecular: ?Al?_2 (?SO?_4 )_3= 342,159 g

Al = 26,982 g (2) = 53,964 g

S = 32,065 g (3) = 91,195 g

O = 16 g (4*3) = 192g

N=(# Eq-g)/(Litros de solución)

# Eq-gr de ?Al?_2 (?SO?_4 )_3=(342,159 g)/6=57,0265 Eq-gr de ?Al?_2 (?SO?_4 )_2

N=(57,0265 Eq-g ?Al?_2 (?SO?_4 )_2)/(100 ml)=0,570 N

Numerosos blanqueadores para lavandería contienen hipoclorito de sodio o de calcio como ingrediente activo. El Cloro Umbrella por ejemplo, contiene aproximadamente 60 g de NaClO por litro de solución. ¿Cuál es la molaridad de esta solución?

Solución:

Peso Molecular NaClO = 74,5 g

Na = 22,990 g

Cl = 35,453 g

O = 15,999 g

n=gramos/(Peso Molecular) ? n=(60 g)/(74,5 g de NaClO)=0,805 moles de NaClO

M=(moles de soluto)/(Litros de solución) ? M=(0,805 moles de NaClO)/(1 Litro de solución)=0,805 M

RTA: La Molaridad de esta solución es de 0,085m

Calcular a) cuántas moles de bisulfito de sodio (NaHSO3) hay en 50 ml de una solución 0.3M y b) cuántos gramos de bisulfito de sodio hay en esos 50 ml.

Solución:

0,3M de NaH?SO?_3= O,3 moles de NaH?SO?_3

0,3 moles de NaH?SO?_3 ------- 1000 ml

x----------------50 ml

x=0,015 moles de NaH?SO?_3

RTA: En 50 ml de la solución 0,3M hay 0,015 moles de NaH?SO?_3

Calcular la molaridad y normalidad de la solución que contiene 10 g de NaCN en 250 mL de solución.

Solución:

Peso molecular de NaCN = 49,0072 g

Na = 22,990 g

C = 12,011 g

N = 14,007 g

n=gramos/(Peso Molecular) ? n=(10 g)/(49,0072 g de NaCN)=0,204 moles de NaCN

M=(moles de soluto)/(Litros de solución) ? M=(0,204 moles de NaClO)/(0,250 L)=0,8162 M

# Eq-gr de NaCN= (10 g)/49,0072= 0,204 Eq-gr de NaCN

N=(# Eq-gr)/(Litros de solución) ? N=(0,204 Eq-gr de NaClO)/(0,250 L)=0,8162 N

La composición en peso de una disolución es de 30% agua, 25% etanol, 15% metanol, 12% glicerol, 10% ácido acético y 8 % de benzaldehído. Cuál es la fracción molar de cada componente.

Solución:

Datos:

8% Benzaldehído (C_7 H_6 O) = 106.121 g/mol

10% Ácido Acético (C_2 H_4 O_2) = 60,021 g/mol

12% Glicerol (C_3 H_8 O_3) = 92,094 g/mol

15% Metanol (?CH?_4 O) = 32,04 g/mol

25% Etanol (C_2 H_5 OH) = 46,07 g/mol

30% Agua (H_2 O) = 18 g/mol

Benzaldehído (C_7 H_6 O)

%P/P=8%=8 g ? n=(8 g C_7 H_6 O)/(106.121 g/mol)=0,0754 moles de C_7 H_6 O

Ácido Acético (C_2 H_4 O_2)

%P/P=10%=10 g ? n=(10 g C_2 H_4 O_2)/(60,021 g/mol)=0,1666 moles de C_2 H_4 O_2

Glicerol (C_3 H_8 O_3)

%P/P=12%=12g ? n=(12 g C_3 H_8 O_3)/(92,094 g/mol)=0,130 moles de C_3 H_8 O_3

Metanol (?CH?_4 O)

%P/P=15%=15g ? n=(15 g ?CH?_4 O)/(32,04 g/mol)=0,468 moles de ?CH?_4 O

Etanol (C_2 H_5 OH)

%P/P=25%=25g ? n=(25 g C_2 H_5 OH)/(46,07 g/mol)=0,5427 moles de C_2 H_5 OH

Agua (H_2 O)

%P/P=30%=30 g ? n=(30 g H_2 O)/(18 g/mol)=1,666 moles de H_2 O

MOLES TOTALES

moles totales=0,0754 moles de C_7 H_6 O + 0,1666 moles de C_2 H_4 O_2+0,130 moles de C_3 H_8 O_3+0,468 moles de ?CH?_4 O+0,5427 moles de C_2 H_5 OH+1,666 moles de H_2 O

moles totales=3,0487 moles

FRACCIÓN MOLAR

Benzaldehído (C_7 H_6 O)

C_7 H_6 O=(0,0754 moles C_7 H_6 O)/(3,0487 moles)=0,0247

Ácido Acético (C_2 H_4 O_2)

C_2 H_4 O_2=( 0,1666 moles de C_2 H_4 O_2)/(3,0487 moles)=0,0546

Glicerol (C_3 H_8 O_3)

C_3 H_8 O_3=( 0,130 moles de C_3 H_8 O_3)/(3,0487 moles)=0,0426

Metanol (?CH?_4 O)

?CH?_4 O=( 0,468 moles de ?CH?_4 O)/(3,0487 moles)=0,1535

Etanol (C_2 H_5 OH)

C_2 H_5 OH=( 0,5427 moles de C_2 H_5 OH)/(3,0487 moles)=0,1780

Agua (H_2 O)

H_2 O=( 1,666 moles de H_2 O)/(3,0487 moles)=0,5464

Hacemos la sumatoria de las Fracciones molares

SFracciones Molares=0,0247+0,0546+ 0,0426+0,1535+0,1780+0,5464

SFracciones Molares=0,9998

Calcular el peso molecular medio del aire.

Solución:

El aire seco contiene aproximadamente, en moles, el 21% de O2, el 78% de N2 y el 1% de Ar (además de otros componentes minoritarios). Calcular el peso molecular medio del aire y su densidad media en condiciones normales. (Datos: Pesos atómicos (aprox.): Ar: 40; O: 16; N: 14)

- La masa molecular del O2 es de 2(15,9994 g/mol) = 31,9988 g/mol

- La masa molecular del N2 es de 2(14,0067 g/mol) = 28,0134 g/mol

- La masa molecular del Ar es de 1(39,948 g/mol) = 39,948 g/mol

Como los porcentajes son proporcionales, en 100 moléculas del aire 21 serán de O2 y 78 de N2 y 1 de Ar. Entonces el promedio de la masa molecular de las moléculas es:

peso molecular de aire: (21(31,9988 g/mol)+ 78(28,0134 g/mol)+1(39,948 g/mol))/100

peso molecular de aire=28,96968 g/mol

RTA: el peso molecular medio del aire es de 28,96968 g/mol

Calcular la molaridad y la normalidad de una solución que contiene 9.8 gramos de H2SO4 en un litro de solución.

Solución:

El peso molecular de H_2 ?SO?_4 = 98 g

H = 1,0079 g (2) = 2,158 g

S = 32,065 g

O = 15,999 g (4) = 63,996 g

n=gramos/(Peso Molecular) ? n=(9,8 g)/(98 g de H_2 ?SO?_4 )=0,1 moles de H_2 ?SO?_4

M=(moles de soluto)/(Litros de solución) ? M=(0,1 moles de H_2 ?SO?_4)/(1 L)=0,1 M

Como el Acido Sulfúrico (H_2 ?SO?_4) tiene 2 Hidrógenos reemplazables, entonces decimos que 1 mol de H_2 ?SO?_4=2 Eq de H_2 ?SO?_4, entonces multiplicamos las moles de H_2 ?SO?_4

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