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Mezclas de gases ideales

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Las propiedades de las mezclas de gases ideales se pueden analizar a partir de las propiedades de sus componentes. La presentación muestra las ecuaciones más importantes para el estudio de mezclas de gases ideales y propone un ejercicio.

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Mezclas de gases ideales

  1. 1. MEZCLAS DE GASES IDEALES
  2. 2. Mezclas de gases ideales. • Hasta este momento se ha venido trabajando con sustancias simples o puras. Ahora se estudiarán las mezclas de gases como el aire (mezcla de oxígeno, nitrógeno, argón y otros gases). Imagen tomada de Cengel, Y. Termodinámica. 6 ed. McGraw-Hill.
  3. 3. Análisis de la composición de las mezclas de gases. • Análisis gravimétrico = + + ⋯ + = La fracción másica del componente i-ésimo se define como: = Por lo tanto, el porcentaje en masa de cada componente es: % = ∙ 100
  4. 4. Análisis de la composición de las mezclas de gases. • Análisis molar = + + ⋯ + = Entonces, la fracción molar de un componente i es: = , donde = De esta manera, el porcentaje molar es: % ! = ∙ 100
  5. 5. Análisis de la composición de las mezclas de gases. • Fracción atómica (" ): se utiliza generalmente si el compuesto es una mezcla de átomos. " = #$ ∑ ( #$ ) Así, el porcentaje atómico de un componente es: % ( ) = " ∙ 100
  6. 6. Análisis de la composición de las mezclas de gases. • Porcentaje en volumen: se calcula dividiendo el volumen individual de cada componente por el volumen total del sistema y multiplicando por 100. % * + = , ∑ , ∙ 100
  7. 7. Masa molecular media • Es de gran ayuda cuando se tiene una mezcla de gases y se calcula con las expresiones siguientes: - = = ∑ = ∑ - = - La constante específica de una mezcla de gases es: . = ./ -
  8. 8. Leyes de mezclas de gases ideales • En una mezcla de gases ideales, las moléculas de cada gas se comportan como si estuvieran solas, ocupan todo el volumen y contribuyen con su presión a la presión total ejercida. La predicción del comportamiento P-v-T de mezclas de gases suele basarse en 2 modelos: la ley de Dalton de las presiones aditivas y la ley de Amagat de volúmenes aditivos.
  9. 9. Ley de Dalton de presiones aditivas • La presión total ejercida por una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones parciales de cada gas. 0 = 0 ,2 Imagen tomada de Cengel, Y. Termodinámica. 6 ed. McGraw-Hill.
  10. 10. Ley de Amagat de volúmenes aditivos • El volumen total ocupado por una mezcla de gases es igual a la suma de los volúmenes de componente puro de cada gas. , = , ,3 Imagen tomada de Cengel, Y. Termodinámica. 6 ed. McGraw-Hill.
  11. 11. Relación fracción molar-fracción volumen • Un gas ideal en una mezcla gaseosa cumple, de acuerdo a los modelos de Dalton y Amagat, las siguientes expresiones: 0 , = .4 , 0 = .4 • Relacionando estas dos ecuaciones con la ecuación de estado de gas ideal se tiene: = 0 0 = , , =
  12. 12. Densidad de una mezcla gaseosa • La densidad de una mezcla gaseosa está dada por la siguiente expresión: 5 = , = 0 - .4
  13. 13. Límite de aplicación de las leyes de los gases. • Las ecuaciones presentadas anteriormente sólo son válidas para Presiones bajas y Temperaturas altas. • Puede tomarse como punto de referencia las condiciones normales. 4 = 0℃ 0 = 1 ( • Otra limitación a las fórmulas ocurre cuando hay condensación de uno de los componentes de la mezcla.
  14. 14. Propiedades Termodinámicas de las Mezclas. Energía Interna Función únicamente de la Temperatura 7 = ∑ + Entalpía Función únicamente de la Temperatura 8 = ℎ Entropía Función de la Temperatura y la Presión : =
  15. 15. Ejercicio 57. Cap. 13. Termodinámica. Cengel. 6 ed. • Un tanque rígido aislado está dividido en dos compartimientos mediante una mampara. Un compartimiento contiene 2,5 kmol de CO₂ a 25°C y 200 kPa, y el otro compartimiento contiene 7,5 kmol de gas H₂ a 40°C y 400 kPa. Ahora se quita la mampara y se permite que se mezclen los dos gases. Determine a) la temperatura de la mezcla y b) la presión de la mezcla después de haberse establecido el equilibrio. Suponga calores específicos constantes a temperatura ambiente para ambos gases. Imagen tomada de Cengel, Y. Termodinámica. 6 ed. McGraw-Hill.
  16. 16. Datos iniciales: ;<= = 2,5 @ A= = 7,5 @ 4;<= = 27℃ 4A= = 40℃ 0;<= = 200 @0 0A= = 400 @0 Datos obtenidos de tablas: -;<= = 44 @D/@ -A= = 2 @D/@ F2GH= = 0,657 @J/@D ∙ ℃ F2K= = 10,183 @J/@D ∙ ℃ Ejercicio 57. Cap. 13. Termodinámica. Cengel. 6 ed.

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