MEZCLAS NO REACTIVAS

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MEZCLAS NO REACTIVAS 
Problemas “Conceptuales” sobre el análisis de mezclas de gases. Cengel Cap. 13 
Composición de mezclas de gases 
 
13-1C ¿Qué son la fracción másica y la fracción molar? 
 
Fracción Masa del componente “i” de una mezcla de gases ideales es la relación de la masa de dicho 
componente dividido entre la masa de la mezcla y, la Fracción Mol es la relación del no. de moles de 
dicho componente dividido entre el no. total de moles de la mezcla. 
 
13-2C Considere una mezcla de varios gases de masas idénticas. 
¿Serán idénticas todas las fracciones másicas? ¿Y las 
fracciones molares? 
 
Sí, para las fracciones másicas. No, para las fracciones molares. 
 
13-3C La suma de las fracciones molares para una mezcla 
de gases ideales es igual a 1. ¿Esto también es verdad para 
una mezcla de gases reales? 
 
Sí. 
 
13-4C Alguien afirma que las fracciones másica y molar 
de una mezcla de CO2 y N2O son idénticas. ¿Es cierto? ¿Por 
qué? 
 
Cierto. Este caso particular, 
 es una excepción a lo indicado en la respuesta a la pregunta 13-2C, porque las Masas Molares del CO2 
y del N2O son idénticas (44). Sabemos que yi=(ni/nm); y que ni=(mi/Mm); por tanto, si las masas y las 
Masas Molares son idénticas, las fracciones Mol también serán idénticas. 
 
13-5C Considere una mezcla de dos gases. ¿La masa molar 
aparente de esta mezcla se puede determinar simplemente 
tomando el promedio aritmético de las masas molares de los 
gases individuales? ¿Cuándo será éste el caso? 
 
No. Solamente cuando las fracciones molares sean iguales. Mm = ∑ (y
i
*𝑴𝑴𝒊𝒊)
𝒏𝒏
𝒊𝒊=𝟏𝟏 = y1*M1+y2*M2 
Si y1=y2=0.5 → Mm se puede calcular como Mm=(M1+M2)/2 
 
13-6C ¿Cuál es la masa molar aparente para una mezcla de 
gases? ¿La masa de cada molécula en la mezcla es igual a la 
masa molar aparente? 
La masa molar aparente de la mezcla es la masa molar promedio representativa de todos los 
componentes de la mezcla [Mm = ∑ (y
i
*𝑴𝑴𝒊𝒊)
𝒏𝒏
𝒊𝒊=𝟏𝟏 ] y su valor será siempre menor que la masa molar del 
componente de mayor valor y siempre será mayor que la masa molar del componente de menor valor. 
 
 
Comportamiento P-v-T de mezclas de gases 
 
13-15C ¿Una mezcla de gases ideales es también un gas 
ideal? Dé un ejemplo. 
 
Sí. Un ejemplo puede ser el aire seco o los gases de escape de una caldera. 
 
13-16C Exprese la ley de Dalton de presiones aditivas. ¿Esta 
ley es exactamente válida para mezclas de gases ideales? ¿Y 
para mezclas de gases no ideales? 
 
“La Presión Total de una Mezcla de Gases Ideales (P
m
) es igual a la suma de las Presiones Parciales de 
cada uno de sus Componentes” ( Pm= P1+P2+…+Pn ). Es exactamente valida para gases ideales y 
aproximada para gases reales. 
 
13-17C Exprese la ley de Amagat de volúmenes aditivos. 
¿Esta ley es exactamente válida para mezclas de gases ideales? 
¿Y para mezclas de gases no ideales? 
 
“El Volumen Total de una Mezcla de Gases Ideales (Vm) es igual a la suma de los Volúmenes Parciales 
de cada uno de sus componentes” ( Vm=V1+V2+…+Vn ). Es exactamente válida para gases ideales y 
aproximada para gases ideales. 
 
13-18C ¿Cómo se expresa el comportamiento P-v-T de 
un componente en una mezcla de gases ideales? ¿Cómo se 
expresa el comportamiento P-v-T del componente en una 
mezcla de gases reales? 
 
La ecuación de estado de un gas ideal es P=RT/V; para el caso de un gas real se usa la siguiente 
expresión P=ZRT/V, donde “Z” es el llamado Factor de Compresibilidad y, normalmente, su valor para 
cada condición se obtiene de la Carta de Compresibilidad (Generalizada o Particular de cada gas). 
 
13-19C ¿Cuál es la diferencia entre la presión del componente 
y la presión parcial? ¿Cuándo son equivalentes las dos? 
 
Presión del Componente es la presión que ejercería dicho componente actuando solo a la misma 
temperatura y volumen de la mezcla y la Presión Parcial (Pi) es la fracción de presión resultante del 
producto de la fracción molar por la presión de la mezcla (Pi=yi*Pm). En la teoría enviada no se habla 
de presión del componente, porque cuando se trata de gases ideales son la misma cosa. 
 
13-20C ¿Cuál es la diferencia entre el volumen del componente 
y el volumen parcial? ¿Cuándo son equivalentes los 
dos? 
 
Volumen del componente es el volumen que ocuparía dicho componente actuando solo a la misma 
temperatura y presión de la mezcla, mientras que volumen parcial (Vi) es la fracción de volumen 
resultante del producto de la fracción molar por el volumen total de la mezcla (Vi=yi*Vm). En el caso 
de las mezclas de gases ideales ambos términos son equivalentes. 
 
 
13-21C En una mezcla de gases, ¿cuál componente tendrá 
la presión parcial más alta, el que tiene un número mayor de 
moles o el que tiene una masa molar mayor? 
 
La presión parcial mayor será la del componente que tenga el mayor no. de moles: de acuerdo a la ec. 
10 de los apuntes yi=(ni/nm)=(Pi/Pm) → Pi=(ni/nm)*Pm; o sea, “Pi” es función directa de “ni” pero no 
de “Mi”. 
 
13-22C Considere un recipiente rígido que contiene una mezcla 
de dos gases ideales. Se abre una válvula y escapa algo de gas. 
Como resultado, la presión del recipiente cae. ¿La presión 
parcial de cada componente cambiará? ¿Y la fracción de 
presión de cada componente? 
 
La presión parcial disminuirá puesto que, al perderse moles de mezcla, la presión de la mezcla cae; sin 
embargo, la fracción molar (fracción de presión) se mantiene sin cambio. 
 
13-23C Considere un recipiente rígido que contiene una 
mezcla de dos gases ideales. La mezcla de gases se calienta y 
la presión y la temperatura del recipiente suben. ¿La presión 
parcial de cada componente cambiará? ¿Y la fracción de presión 
de cada componente? 
 
Al subir la presión de la mezcla, se incrementan las presiones parciales de sus componentes; sin 
embargo, sus fracciones molares (fracciones de presión) permanecen sin cambio. 
 
13-24C ¿Es correcta la siguiente afirmación: El volumen de 
una mezcla de gases ideales es igual a la suma de los volúmenes 
de cada gas individual en la mezcla? Si no, ¿cómo la 
corregiría usted? 
 
No. El volumen de una mezcla de gases ideales es igual a la suma de los volúmenes parciales 
de cada gas individual en la mezcla. 
 
13-25C ¿Es correcta la siguiente afirmación: La temperatura 
de una mezcla de gases ideales es igual a la suma de las temperaturas 
de cada gas individual en la mezcla? Si no, ¿cómo 
la corregiría usted? 
 
No. La temperatura de una mezcla de gases ideales es igual a la suma de las temperaturas 
de cada gas individual en la mezcla. 
 
13-26C ¿Es correcta la siguiente afirmación: La presión de 
una mezcla de gases ideales es igual a la suma de las presiones 
parciales de cada gas individual en la mezcla? Si no, 
¿cómo la corregiría usted? 
 
Sí, es correcta. 
 
 
Propiedades de las mezclas de gases 
 
13-47C ¿La energía interna total de una mezcla de gases 
ideales es igual a la suma de las energías internas de cada gas 
individual en la mezcla? Responda a la misma pregunta para 
una mezcla de gases reales. 
 
Sí, es correcto, dado que la energía interna total es una propiedad extensiva. También es correcto para 
el caso de una mezcla de gases reales. 
 
13-48C ¿La energía interna específica de una mezcla de 
gases es igual a la suma de las energías internas específicas 
de cada gas individual en la mezcla? 
 
No es correcta la afirmación, ya que la energía interna específica es una propiedad intensiva y es este 
caso se debe aplicar la ecuación ⑭ ó ⑭𝑎𝑎 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑑𝑑𝑙𝑙. 
 
13-49C Responda los problemas 13-47C y 13-48C para 
entropía. 
 
Lo dicho para la energía interna total o específica vale para la entropía total o entropía específica. 
 
13-50C ¿El cambio de energía interna total de una mezcla 
de gases ideales es igual a la suma de los cambios de energía 
interna de cada gas individual en la mezcla? Responda a la 
misma pregunta para una mezcla de gases reales. 
 
Sí es correcto (ley de la conservación de la energía). Para los gases realesaplica de la misma manera. 
 
13-51C Al evaluar el cambio de entropía de los componentes 
de una mezcla de gases ideales, ¿se tiene que usar 
la presión parcial de cada componente o la presión total de la 
mezcla? 
 
Se deben usar las presiones parciales de cada componente. Una de las dos ecuaciones que se pueden 
utilizar para calcular el cambio de entropía de un gas ideal es: (s2-s1) = Cp*ln(T2/T1) + R*ln(P2/P1) . 
Para el caso de una mezcla de gases ideales, P1 y P2 serían las presiones parciales de cada uno de los 
componentes. 
 
 
 
 
 
 
(Problemas “Conceptuales” de Psicrometría Cengel Cap. 14) 
 
Aire seco y atmosférico: humedad 
específica y relativa 
 
14-1C ¿Cuál es la diferencia entre aire seco y aire atmosférico? 
 
En el aire atmosférico siempre está presente el vapor de agua además de los otros componentes del aire 
seco. 
 
14-2C ¿Es posible obtener aire saturado a partir de aire insaturado 
sin agregar humedad? Explique. 
 
Se dice que el aire atmosférico está saturado cuando la condición del vapor de agua está sobre la línea 
de saturación. Por lo tanto, la mezcla aire/vapor de agua puede llegar a la saturación sin agregar 
humedad cuando la mezcla se enfría a Presión Parcial del vapor constante hasta la temperatura del 
Punto de Rocío. 
 
14-3C ¿La humedad relativa del aire saturado es necesariamente 
de 100 por ciento? 
 
Es correcto, pues en esta condición del vapor de agua está sobre la línea de saturación y su presión 
parcial es igual a la presión de saturación, es decir Pv = Pg y, por lo tanto: ɸ = (Pv/Pg) = 1 (ó 100%). 
 
14-4C Se pasa aire húmedo por una sección de enfriamiento 
donde se enfría y se deshumidifica. ¿Cómo cambian a) la humedad 
específica, y b) la humedad relativa del aire durante 
este proceso? 
 
La humedad específica “w” disminuye (se pierde agua), la humedad relativa “ɸ” aumenta (llega hasta 
100%). 
 
14-5C ¿El vapor de agua en el aire se puede tratar como un 
gas ideal? Explique. 
 
Sí. A las condiciones del aire atmosférico las presiones del vapor de agua son muy pequeñas 
(normalmente por debajo de 8 kpa) y, en estas condiciones, el comportamiento real del vapor es 
prácticamente igual a la del gas ideal. 
 
14-6C ¿Cómo compara usted la entalpía del vapor de agua 
a 20 °C y 2 kPa con la entalpía del vapor de agua a 20 °C y 
0.5 kPa? 
 
Para un gas ideal (como sería el caso del vapor de agua), los cambios de entalpía y energía interna 
dependen solamente del cambio de temperatura y, por tanto, la entalpía en ambas condiciones sería la 
misma. 
 
 
14-7C ¿Cuál es la diferencia entre la humedad específica y 
la humedad relativa? 
 
La humedad específica “ω” es una relación de masas entre la masa de vapor y la masa del aire seco; en 
cambio la humedad relativa “ɸ” es una relación de presiones parciales del vapor entre la presión parcial 
del vapor de agua “Pv” cuando la mezcla no está saturada y la presión parcial del vapor “Pg” cuando 
La mezcla se encuentra saturada a la misma temperatura. 
 
14-8C ¿Cómo cambiarán a) la humedad específica, y b) la 
humedad relativa del aire contenido en un cuarto bien sellado 
cuando se calienta? 
 
La humedad específica se mantiene constante, pues no se menciona que el calentamiento se haga 
agregando humedad. La humedad relativa disminuye, pues, mientras la presión parcial del vapor se 
mantiene constante (humedad constante), al aumentar la temperatura de la mezcla la correspondiente 
presión parcial de saturación “Pg” va a aumentar y, por tanto, ɸ = Pv/Pg disminuye. 
 
14-9C ¿Cómo cambiarán a) la humedad específica y b) la 
humedad relativa del aire contenido en un cuarto bien sellado 
cuando se enfría? 
 
La humedad específica se mantendrá constante hasta llegar a la Temperatura de Rocío “Tω” cuando la 
mezcla se convierte en saturada, si continúa el enfriamiento, entonces parte del vapor condensará 
disminuyendo la cantidad de vapor en la mezcla y por tanto disminuyendo la humedad específica. La 
humedad relativa aumentará hasta alcanzar el 100% cuando se tenga la Temperatura de Rocío. Si se 
sigue enfriando la mezcla, la trayectoria del vapor en el diagrama T-s continuará sobre la línea de 
saturación y, por tanto, la humedad relativa seguirá siendo del 100%. 
 
14-10C Considere un recipiente que contiene aire húmedo 
a 3 atm y cuyas paredes son permeables al vapor de agua. El 
aire del entorno a la presión de 1 atm contiene también algo 
de humedad. ¿Es posible que el vapor de agua fluya desde el 
entorno hacia el interior del recipiente? Explique. 
 
Sí es posible, siempre y cuando la presión parcial del vapor del aire exterior (Pvext) sea mayor que la 
presión parcial del vapor del aire del interior del recipiente (Pvint). 
 
14-11C ¿Por qué las tuberías de agua fría siempre se cubren 
con chaquetas de barrera de vapor? 
 
Para evitar la condensación del vapor del aire ambiente al entrar en contacto con la superficie de la 
tubería, como sucede, por ejemplo, en el interior de los parabrisas de los automóviles cuando llueve en 
el exterior (se empañan) o en un vaso o una lata que contienen alguna bebida fría (sudan por el 
exterior). 
 
14-12C Explique cómo se determina la presión de vapor del 
aire ambiente cuando se conocen la temperatura, la presión 
total y la humedad relativa. 
Con la Temp. Bulbo Seco Tbs → Tablas vapor saturado → Presión de saturación = Pg → Pv = ɸPg 
Punto de rocío y temperaturas de saturación 
adiabática y de bulbo húmedo 
 
 
14-21C ¿Qué es la temperatura de bulbo húmedo? 
 
Es la temperatura del aire ambiente que se obtiene mediante un termómetro de mercurio al cual se le 
envuelve una gasa húmeda en el bulbo de mercurio y se hace circular aire a través de él “Tbh”. Para 
fines prácticos de ingeniería la Temperatura de Bulbo Húmedo es igual a la Temperatura de Saturación 
Adiabática “Tsat” (Tbh = Tsat). 
 
14-22C Andy y Wendy usan anteojos. En un día frío de 
invierno, Andy llega del frío exterior y entra a la casa tibia 
mientras Wendy sale. ¿Cuál par de anteojos es más probable 
que se empañe? Explique. 
 
Los de Andy puesto que los cristales fríos a su vez enfriarán el aire circundante provocando que a partir 
de que la temperatura del aire húmedo alcance la del punto de rocío, empezara a haber condensación. 
 
14-23C En verano, la superficie exterior de un vaso lleno de 
agua con hielo frecuentemente “suda”. ¿Cómo puede explicar 
este “sudor”? 
 
El aire húmedo alrededor de las paredes del vaso se enfría hasta llegar a la Temperatura del Rocío y, a 
partir de ese momento, empieza a condensar sobre las paredes del vaso. 
 
14-24C En algunos climas, quitar el hielo del parabrisas de 
un automóvil es una tarea común en las mañanas de invierno. 
Explique cómo se forma el hielo en el parabrisas durante algunas 
noches aun cuando no haya lluvia ni nieve. 
 
Cuando la temperatura ambiente disminuye por debajo de la Temperatura de Rocío se presenta 
condensación sobre el parabrisas; pero, si la temperatura ambiente sigue bajando por debajo de los cero 
grados centígrados esa agua se convertirá en hielo. 
 
14-25C ¿Cuándo son idénticos las temperaturas de bulbo 
seco y el punto de rocío? 
 
Cuando la mezcla aire/vapor es una mezcla saturada; es decir, se tiene un vapor saturado. 
 
14-26C ¿Cuándo son equivalentes las temperaturas de saturación 
adiabática y de bulbo húmedo para aire atmosférico? 
Siempre. Para fines prácticos de ingeniería se consideran siempre iguales. 
 
 
 
 
Carta psicrométrica 
 
14-36C ¿Cómo se comparan las líneas de entalpía constante 
y de temperatura de bulbo húmedo constante en la carta psicrométrica? 
 
Son, prácticamente, paralelas. 
 
14-37C ¿En qué estado en la carta psicrométrica son idénticas 
las temperaturas de bulbo seco, bulbo húmedo y punto 
de rocío? 
 
En el estado de saturación (todos los puntos sobre la línea de ɸ = 100%) 
 
14-38C ¿Cómo se determina en la carta psicrométrica la 
temperatura de punto de rocío en un estado especificado? 
 
Moviéndose horizontalmente hacia la izquierda hasta cortar la línea desaturación (ɸ=100%). 
 
14-39C ¿Los valores de entalpía determinados en una carta 
psicrométrica al nivel del mar se pueden usar a mayores altitudes? 
 
No. Normalmente existen algunas cartas psicrométricas donde mediante una tabla presentan los valores 
de ajuste a la entalpía de acuerdo a con la altitud. Otra forma es usar el método analítico (hm = CpaireTbs 
+ ωhv) en lugar de la carta psicrométrica. 
 
 
Comodidad de las personas 
y acondicionamiento de aire 
 
14-49C ¿Qué hace un sistema moderno de acondicionamiento 
de aire, además de calentar o enfriar el aire? 
 
Humidificar o deshumidificar el aire, también limpiarlo o desodorizarlo. 
 
14-50C ¿Cómo responde el cuerpo humano a a) el clima 
caliente, b) el clima frío y c) el clima caliente y húmedo? 
 
a) Mayor transpiración; b) Reduce el flujo sanguíneo cerca de la piel; c) Sudoración excesiva. 
 
14-51C ¿Qué es el efecto de radiación? ¿Cómo afecta la 
comodidad de las personas? 
 
Es un intercambio de calor directo entre el cuerpo humano y sus alrededores. Lo anterior hace que la 
persona sienta frío en el invierno y calor en el verano. 
 
14-52C ¿Cómo afecta la comodidad el movimiento del aire 
cerca del cuerpo humano? 
 
Remueve el aire caliente y húmedo que se tiene alrededor del cuerpo, reemplazándolo por aire fresco. 
 
14-53C Considere un partido de tenis en clima frío, donde 
tanto los jugadores como los espectadores usan el mismo tipo 
de ropa. ¿Qué grupo de personas sentirá más frío? ¿Por qué? 
 
Los espectadores, ya que su nivel de actividad es menor y generan menos calor interno. 
 
14-54C ¿Por qué piensa usted que los bebés son más susceptibles 
al frío? 
 
Porque los bebés tienen más piel en relación con su volumen y, por tanto, pierden más energía de la 
generada por sus cuerpos. 
 
14-55C ¿Cómo afecta la humedad a la comodidad? 
 
La humedad afecta la capacidad del cuerpo humano para transpirar y, de esa manera, disipar el calor 
generado por el cuerpo. 
 
14-56C ¿Qué son la humidificación y la deshumidificación? 
 
Humidificar es agregar vapor de agua al ambiente y deshumificar es quitar vapor de agua del medio 
ambiente. 
 
 
Calentamiento y enfriamiento simples 
 
14-67C ¿Cómo cambian las humedades relativa y específica 
durante un proceso de calentamiento simple? Responda la 
misma pregunta para un proceso de enfriamiento simple. 
 
Para un calentamiento simple la humedad relativa (ɸ) disminuye y la humedad específica (ω) se 
mantiene constante, mientras que, para un enfriamiento simple la humedad relativa (ɸ) aumenta y la 
humedad específica se mantiene constante hasta la saturación, después de lo cual empezaría a haber 
condensación y por tanto una disminución de la humedad específica. 
 
14-68C ¿Por qué un proceso de calentamiento o enfriamiento 
simple aparece como una línea horizontal en la carta 
psicrométrica? 
 
Las líneas horizontales en la carta psicrométrica representan líneas de Tω, Pv y ω constantes y, ya en el 
punto anterior se indicó que, tanto en el calentamiento como en el enfriamiento simples la humedad 
específica (ω) se mantiene constante. 
 
 
Calentamiento y humidificación 
 
14-75C ¿Por qué algunas veces se humidifica el aire calentado? 
 
Para alcanzar un mejor nivel de confort, ya que el aire seco puede producir piel seca, electricidad 
estática o dificultades respiratorias. 
 
 
Enfriamiento con deshumidificación 
 
14-80C ¿Por qué algunas veces el aire enfriado se recalienta 
en verano antes de descargarlo a un cuarto? 
 
Para evitar suministrar aire con humedades relativas más altas de lo deseable (100%) lo cual implicaría 
problemas para la transpiración del cuerpo humano. 
 
Enfriamiento evaporativo 
 
14-90C ¿Un proceso de evaporación debe involucrar 
transferencia de calor? Describa un proceso que involucre 
transferencia de calor, así como transferencia de masa. 
 
Sí. La radiación solar que calienta el aire atmosférico el cuál transfiere energía a un cuerpo de agua, 
provocando la evaporación del agua, humidificando de esta manera el medio ambiente. 
 
14-91C Durante la evaporación de un cuerpo de agua a aire, 
¿bajo qué condiciones el calor latente de vaporización será 
igual a la transferencia de calor del aire? 
 
Cuando el aire atmosférico alcanza la saturación. 
 
14-92C ¿Qué es el enfriamiento evaporativo? 
¿Funcionará en climas húmedos? 
 
Cuando una corriente de aire caliente cede parte de su energía al agua líquida para que esta se evapore. 
El resultado de la absorción de energía por parte del agua provoca una disminución de la Tbs del aire 
atmosférico y un aumento de las humedades absoluta relativa. Normalmente se dice que este es un 
proceso de saturación adiabática del aire al considerar que no hay una inyección de calor del exterior.