BIOLOGIA CELULAR Y MOLECULAR TEORICA TESIS PDF

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Meteorología

6º Ingeniería Ambiental Página 1 de 22

Ejercicios Temas 4 y 5

Integrantes: Apellidos Carrera Villacis Guijarro Rosero Jáuregui Vázcones

Nombre Nicolás Pamela Bernarda

Número de Cédula 1719565309 1721787842 1723123566

Indicaciones:  Los ejercicios deben desarrollarse como máximo entre cuatro personas.  La fecha máxima para la entrega mediante la plataforma Moodle será el día 14/06/2018  No se aceptarán trabajos atrasados a esa fecha.  Se recomienda desarrollar los ejercicios en Word, empleando el editor de fórmulas (Insertar -> Ecuación). Para los ejercicios que requieren completar diagramas y/o dibujos se recomienda, imprimir, resolver y adjuntar como imagen dentro del documento.  Para facilitar la corrección, se sugiere que la resolución se realice en color azul.  En caso de que el archivo tenga un tamaño muy pesado como para subirlo a la plataforma, se recomienda transformarlo a pdf y bajar la resolución del mismo. Se pueden utilizar páginas como: https://www.ilovepdf.com/es/comprimir_pdf ) Evaluación (a completar por el docente) P1

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TOTAL

/9

____________________________________________________________________________________ 1. Obtener el volumen de un mol de gas en condiciones normales de presión y temperatura (1 atm vapor de agua). ¿Cuál es la densidad del aire seco en condiciones normales de presión y temperatura?

N= 0.7808 O= 0.2095

Ar= 0.0093

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2. Se sabe que el gradiente estático vertical de temperatura en la troposfera es - 6.5°C/km, que la densidad atmosférica a 7 km de altura es la mitad que a nivel del mar, y que la presión disminuye exponencialmente con la altura. Considerando condiciones normales de presión y temperatura a nivel del mar, obtener a qué altura la presión atmosférica es la mitad que a nivel del mar. Obtener la presión atmosférica media en Quito sabiendo que su altura media es 2880 m.

h= 5.5313 m 3. Considerando la composición conocida de la atmósfera, comparar la densidad del aire seco y la del aire con un 2% de humedad en las mismas condiciones de presión y temperatura. A la vista de los resultados, ¿qué le sucede al aire húmedo?

21PmO2

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4. Suponiendo que el albedo y la nubosidad fueran los mismos en ambos casos, comparar la diferencia de temperatura entre el mediodía y el amanecer en una zona si su superficie fuera de suelo sólido seco y si fuera de océano. ¿Que se concluye de los valores obtenidos? Datos: Ce suelo =Ce aire =Ce agua /5 Densidad media suelo=2 g/cc Densidad agua=1 g/cc Densidad media capa sucia=1.1 mg/cc Espesor medio capa sucia= 3 km Profundidad suelo seco implicado en absorción de calor diariamente=20 cm Profundidad océano implicado en absorción de calor diariamente=100 m

La temperatura en el suelo es mayor con un valor de 136,02°C mientras que en el océano es de °C esto es debido al efecto termorregulador ya que se tiene una perdida y ganancia del calor es decir la temperatura sube o baja dependiendo la zona y el horario en el que se encuentre por ejemplo en el amanecer la temperatura es más baja que en el medio día, además hay que tomar en cuenta que la densidad media del suelo es mayor que la del agua 5. Sabiendo que el calor específico del hielo es 0.5 cal/g·K, su calor latente de fusión es 80 cal/g y su densidad es 0.917 g/cm 3 , y que el calor específico

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del agua es 1 cal/g·K y su calor latente de vaporización a 5°C es 615 cal/g, obtener el tiempo necesario para que la radiación solar de 200 W/m 2 convierta una placa de hielo de 0.5 mm de espesor que se encuentra a -3ºCen vapor de agua a 5 °C. ¿Qué tiempo se invierte en cada paso? ¿Qué peligros se presentan para la conducción, y durante cuánto tiempo?

A lo largo del proceso, se observa como en cada cambio de estado, el calor latente aumenta a comparación al anterior, y el calor liberado de igual manera. Con respecto a este apartado, podemos decir que el calor liberado y calor latente aumentan conforme se cambia de estado. Este calor que se libra es la conducción de calor, que es el intercambio de energía interna, que es una combinación de la energía cinética y energía potencial de sus partículas

6. Hallar la humedad de saturación y la presión de vapor saturante a 20 °C. ¿Qué porcentaje de presencia puede alcanzar el vapor de agua en la atmósfera a 30 y a 40ºC? ¿Qué humedad relativa tiene una masa de agua saturada a 20 °C si su temperatura se eleva a 30 °C? (Datos: H sat (30 °C) = 30.4 g/m3 , L i = 41839 J/mol; ρ aire = 1.293 mg/cm 3)

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7. Una masa de 20000 m3 de aire a 10°C con una humedad relativa del 60% a nivel del mar recibe súbitamente 13000 kcal. Describir brevemente, pero con detalle qué dos procesos pueden suceder como consecuencia de este calentamiento. Determinar a qué altura se estabiliza esa masa de aire. ¿Qué cantidad de agua contenida en la masa de aire se condensa a lo largo del proceso? ¿Qué humedad relativa tiene la masa de aire al final del proceso? (Datos: Li= 42.052 J/mol, R = 8.314 J/mol·K, ρ aire = 1.3 mg/cm2 o, Ceaire = 0.2 cal/g·K. G.E.A.= -6.5 °C/km; G.AA. seco = -9.8 °C/km; G.A.A. saturado = -5°C/km)

8. Un individuo se está duchando tras una mampara, de forma que la temperatura en esa zona es de 50 °C y la humedad relativa del 80%. En el resto del baño, fuera de la mampara, la temperatura es de 30°C con una humedad relativa del 50%. a. Si hay el doble de masa de aire fuera que dentro de la mampara, ¿se producirá niebla de mezcla al abrir la mampara? En caso afirmativo, indicar la cantidad de agua que se condensa.

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b. Repetir los cálculos si la temperatura dentro de la mampara es 70 °C con la misma humedad relativa del 80%. (Datos. Hsat (30°C) = 30.4 g/mo Li = 41839 J/mol)

Considerando la humedad absoluta 54,21 mayor a la humedad saturada 42,43, esta satura; condensa. Y la cantidad de agua que se condensa es .

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9. Teniendo en cuenta los siguientes datos: L = 41839 J/mol, R = 8.314 J/molK; G.A.A. seco = -9.8 °C/km; constante de descenso vertical de presión = σ = 8 km, se pide: a. Determinar el cambio porcentual del volumen y de la humedad de una masa de aire a 10 °C al elevarse hasta los 2000 m de altura en torno a los que se produce su saturación.

b.

¿A qué altura se satura de hecho una masa a 10 °C a nivel del mar con una humedad relativa del 40 %?

c.

A la vista de los resultados, ¿pueden despreciarse la variación del volumen y la de la humedad absoluta de la masa de aire ascendente en los cálculos de saturación y estabilidad de la misma, para de esta forma simplificarlos claramente? Obtener de esta forma la altura de saturación aproximada, y razonar si en efecto es aceptable este cálculo aproximado.

10. Responda a las siguientes cuestiones:

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a.

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Cuando el agua ha sido calentada a su punto de ebullición, el calentamiento adicional no aumentará su temperatura. ¿Qué le sucede a esta energía adicional?

R: Si se continúa calentando el agua, ésta absorbe el calor, pero sin aumentar la temperatura ya el calor se emplea en la conversión de la materia en estado líquido al estado gaseoso, en otras palabras, esta energía suministrada se utiliza para el cambio de estado mas no para aumentar su temperatura b. Imagine dos campos adyacentes, uno con una superficie mojada y el otro con una superficie seca. Si midió simultáneamente la temperatura del aire sobre cada superficie en una tarde soleada de verano, ¿dónde esperaría una temperatura más alta? ¿Por qué? R: Como sabemos, a mayor energía cinética, mayor es la temperatura dentro de un sistema, por lo tanto el campo con superficie mojada, es el que tiene mayor temperatura debido al mayor movimiento de las moléculas de agua c.

La condensación es un cambio de fase importante que comúnmente ocurre en la atmósfera. Supongamos que una muestra de 1 m3 de aire a presión al nivel del mar, que contiene 4 g de vapor de agua, se enfrió de manera que los 4 g se condensaran. ¿Cuántas calorías de calor liberaría este proceso?

R: El calor latente de condensación es la cantidad de calor que se desprende al cambiar, un gramo de un cuerpo, del estado físico de vapor a líquido. En el caso del agua, al pasar de vapor a líquido, el calor desprendido es de 600 cal/g. Al tener 4g de vapor de agua condensado multiplicamos por las 600 cal/g de calor latente y obtenemos 2400 cal/g de energía liberada. 11. Examine la Fig. 1 y llene la Tabla 1 que se encuentra debajo con otros ejemplos de cambios de fase del agua, señalando si se liberó o consumió energía y dónde se consumió la energía durante el cambio de fase.

Fig. 1: Transferencia de energía por gramo durante los cambios de fase

Tabla 1. Cambios de fase, energía y ejemplos Cambio de fase Hielo-agua

Energía (liberada o consumida) Consumida; la energía usada para derretir el hielo está ahora contenida en el agua.

Ejemplos Cubos de hielo derritiéndose en un vaso; derretimiento de un copo de nieve cayendo

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Agua -vapor de agua

Hielo – vapor de agua

Vapor de agua -agua

Vapor de agua hielo

Agua - hielo

Consumida; la energía usada para evaporar el agua esta ahora contenida en el vapor Consumida, la energía usada para sublimar el agua esta ahora contenida en vapor de agua Liberado, la energía liberada del vapor de agua será contenida en el agua Liberado, la energía liberada del vapor de agua será contenida en el hielo Liberado, la energía liberada del agua será contenida en el hielo

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Agua evaporándose en una olla al hervir; agua de mar evaporada por presencia de radiación solar Evaporación polar, el agua congelada vuelve a la atmosfera por calor; la nieve de las montañas vuelve a vapor por exposición al sol sin pasar por estado líquido. Cubos de hielo derritiéndose en un vaso; derretimiento de un copo de nieve cayendo En días fríos el vapor de agua se cristaliza.

Hacer hielo, se lleva al agua a su punto de congelación.

Hay varias maneras de medir la humedad atmosférica en un momento y lugar determinados. En un método, el vapor de agua se considera como cualquier otro gas atmosférico, ya que las moléculas de vapor de agua ejercen una presión parcial proporcional a su concentración en la atmósfera, esta presión se conoce como presión de vapor. El "límite superior" de la presión de vapor atmosférica se denomina presión de vapor de saturación. Como la tasa de evaporación depende de la energía disponible, esta presión de vapor de saturación aumenta con la temperatura. La Tabla 2 y la Fig. 2 muestran la relación no lineal entre la temperatura del aire y la presión de vapor de saturación. La curva de ClausiusClapeyron en la Fig. 2 representa el punto de equilibrio entre el agua líquida y el vapor de agua atmosférico. En este punto, el número de moléculas que se evaporan de una superficie de agua plana es igual al número que se condensa en la superficie. Una muestra de aire debajo de la curva no está saturada, lo que indica que la evaporación de una superficie de agua plana excedería la condensación en la superficie. La curva muestra cómo las temperaturas más altas (lo que indica un mayor suministro de energía) aumentan el potencial de evaporación.

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Tabla 2: Presión de vapor de saturación (mb) a nivel del mar en función de la temperatura del bulbo seco (° C) (°C)

-40 -35 -30 -25 -20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40

( m b)

0.189 0.314 0.519 0.807 1.254 1.488 1.760 2.076 2.441 2.863 3.348 3.906 4.545 5.275 6.108 7.055 8.129 9.347 10.722 12.272 14.017 15.977 18.173 20.630 23.373 26.430 29.831 33.608 37.796 42.430 47.551 53.200 59.422 66.264 73.777

Fig. 2 Presión de vapor de saturación

El contenido de vapor de agua atmosférico se mide de otras maneras. Por ejemplo, también se puede expresar en términos de la masa de vapor de agua en el aire. La relación de mezcla de es la relación entre la masa de vapor de agua y la masa de aire seco, generalmente expresada en unidades de gramos de vapor de agua por kilogramo de aire seco (g / kg). Cuando el aire está saturado, la relación se denomina relación de mezcla de saturación y representa el peso máximo de vapor de agua por kilogramo de aire seco. Al igual que la presión de vapor de saturación, este valor depende de la temperatura (Tabla 3). La curva de relación de mezcla de saturación en la Fig. 3se parece a la curva de presión de vapor de saturación, ya

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que simplemente hemos sustituido una medida del contenido de vapor de agua por otra. Tabla 3: Relación de mezcla de saturación (g/kg) a nivel del mar a presión en función de la temperatura de bulbo seco (° C). (°C)

(g kg −1

)

-40 -35 -30 -25 -20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 4 2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40

0.118 0.195 0.318 0.510 0.784 0.931 1.102 1.300 1.529 1.794 2.009 2.450 2.852 3.313 3.819 4.439 5.120 5.894 6.771 7.762 8.882 10.140 11.560 13.162 14.956 16.963 19.210 21.734 24.557 27.694 31.213 35.134 39.502 44.381 49.815

Fig. 3 Relación de mezcla de saturación

La presión de vapor, la razón de mezcla y el concepto de saturación nos ayudan a entender una medida de humedad mucho más utilizada: la humedad relativa. Un punto en la curva de presión de vapor de saturación representa la presión de vapor que ejercería el aire saturado, y un punto en la curva de razón de mezcla saturada muestra la masa de vapor de agua para una muestra saturada. Como la atmósfera normalmente no está saturada, la humedad relativa (HR) mide qué tan cerca está una muestra de aire del punto de saturación. Específicamente, la humedad relativa

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es la relación entre la cantidad real de vapor de agua en el aire y el nivel de saturación a una temperatura dada. En términos de presión de vapor:

En términos de razón de mezcla:

12. Considere una muestra de aire con una temperatura de 20 ° C y una razón de mezcla de 10 g /kg. La razón de mezcla saturada de la muestra (derivada de la Tabla 3) es de 14.956 g/kg. Por lo que, tenemos:

a.

Determine la razón de mezcla saturada de las siguientes muestras de aire y calcule la humedad relativa de cada una.

Temp (ºC) 14 14 24 24 34

Razón de mezcla saturada (g kg-1) 10,140 10,140 19,210 19,210 35,134

Razón de mezcla (g kg-1) 5 9 5 2 7

Humedad relativa (%) 49,309 88,757 26,028 10,411 19,923

b. En el invierno, el aire frío entra a los hogares y se calienta. ¿Cómo cambia esto la humedad relativa del aire? R: Disminuye progresivamente su humedad relativa por el aumento de temperatura que existe dentro de la casa. Si aumenta la temperatura, la cantidad de vapor de agua que el aire puede contener aumenta, por lo que la humedad relativa disminuye. c.

Explica por qué el sótano de una casa a menudo tiene una humedad relativa alta en el verano. R: La humedad relativa alta se produce básicamente porque el aire caliente puede absorber más humedad que el aire frío, verano se caracteriza por el aire húmedo y caliente con temperaturas altas alrededor de 25°C y una humedad relativa de 60%. d. Clasifique cada una de las siguientes muestras de aire en orden descendente de contenido de vapor de agua (la 1 será la muestra más alta y la 5 la más baja).

Temp.

Razón mezcla saturada (g·kg-1)

Razón mezcla actual (g·kg-1)

de HR

de Orden (1º, 2º, 3º…)

14°C

10,140

90%

9,126

20°C

14,956

60%

8,973

4°

24°C

19,210

40%

7,684

5°

30°C

27,694

40%

11,077

1°

34°C

35,134

30%

10,540

2°

3°

e. Atendiendo a los resultados del apartado anterior, sugiera una desventaja de usar humedad relativa R: Como sabemos, la humedad relativa es un valor en porcentaje y puede variar, incluso si el contenido de humedad de una masa de aire permanece constante.

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A pesar de sus limitaciones, podemos medir fácilmente la humedad relativa. De hecho, la medición precisa de la HR permite calcular otras medidas como la presión de vapor y la razón de mezcla (que no son fáciles de medir). El psicrómetro proporciona un medio para medir la humedad relativa. Este sencillo instrumento consta de dos termómetros montados en un dispositivo oscilante. El bulbo de uno de los termómetros está cubierto con una gasa saturada de agua. El otro termómetro está seco. Al girar los termómetros montados, el agua se evapora del bulbo húmedo y se le quita la energía. El principio del psicrómetro de honda es sencillo: la evaporación consume energía, además la temperatura del bulbo húmedo nunca puede ser mayor que la temperatura de bulbo seco. Si el aire es muy húmedo, se evaporará un poco de agua líquida del bulbo húmedo y la diferencia entre las temperaturas del bulbo húmedo y del seco será pequeña. Si el aire está seco, se evapora más agua del bulbo húmedo y las diferencias entre ambos valores será mayor.

Tabla 4: Humedad relativa

Depresión del bulbo húmedo (°C) Temperatura del bulbo seco (°C) -20 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40

1 28 66 71 73 77 79 81 83 85 86 87 88 88 89 90 91 91 92 92 92 93 93 93 93 94 94 94

2

3

4

5

33 41 48 54 58 63 67 70 72 74 76 78 79 80 81 82 83 84 85 86 86 86 86 87 87 89

0 13 20 32 37 45 51 56 59 62 65 67 69 71 72 74 75 76 77 78 79 80 81 81 82 82

0 11 20 28 36 42 46 51 54 57 50 62 64 66 68 69 70 71 72 73 74 75 76 76

1 11 20 27 35 39 43 48 50 54 56 58 60 62 64 65 66 68 69 69 70 71

6

6 14 22 28 33 38 41 45 48 51 53 55 57 59 61 62 63 64 66 67

7

8

9

10

11

12

13

14

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16

17

18

19

20

21

22

10 17 24 28 33 37 40 44 46 49 51 53 55 56 58 59 60 61...