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FACULTAD DE INGENIERIA CARRERA DE INGENIERIA INDUSTRIALTema:PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA EN SISTEMAS CERRADOS Y SISTEMAS ABIERTOS, SISTEMA GASEOSO, EL CICLO TERMODINÁMICO IDEAL Y REALCurso : TermodinámicaActividad: Práctica Calificada – TDocente:Integrantes: **.** **.** **.**N° de grupo: 09Fec...

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TERMODINÁMICA

FACULTAD DE INGENIERIA CARRERA DE INGENIERIA INDUSTRIAL Tema: PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA EN SISTEMAS CERRADOS Y SISTEMAS ABIERTOS, SISTEMA GASEOSO, EL CICLO TERMODINÁMICO IDEAL Y REAL

Curso: Termodinámica Actividad: Práctica Calificada – T2 Docente: Integrantes:  .  .  .

N° de grupo: 09 Fecha de entrega: 12/05/2019

TRUJILLO – PERÚ

2021

Pág. 1

TERMODINÁMICA

INDICE 1.

Introducción..................................................................................................................................3

2.

Fundamento teórico.......................................................................................................................4

3.

Descripción y datos del proceso unitario..................................................................................6

4.

Análisis..........................................................................................................................................7

5.

Resultados....................................................................................................................................9

6.

Conclusiones y recomendaciones.............................................................................................9

7.

Referencias bibliográficas........................................................................................................10

Bibliografía..........................................................................................................................................10

Pág. 2

TERMODINÁMICA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA EN SISTEMAS CERRADOS Y SISTEMAS ABIERTOS, SISTEMA GASEOSO, EL CICLO TERMODINÁMICO IDEAL Y REAL. 1. Introducción

A partir de los conocimientos de la primera ley de la termodinámica en sistemas cerrados, sistemas abiertos, sistemas gaseosos, el ciclo termodinámico ideal y real en complemento con la ley cero, buscamos realizar experimentalmente en conjunto a cálculos un balance de materia en el proceso de tostación de un concentrado y su entalpia estándar. Finalmente poder evaluar los eventos termodinámicos relacionados con mezclas de aire y vapor, las reacciones químicas. El objetivo principal del trabajo es alcanzar la comprensión de los temas estudiados, mediante el desarrollo y la prueba del análisis de una máquina ( horno de lecho fluidizado o turbulento), aplicando los temas estudiados. Esde suma importancia estudiar estos temas porque contribuyen en la formación del profesional de la Ingeniería de procesos Industriales capacitándolo para reconocer los principios fundamentales que gobiernan los principios termodinámicos.

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TERMODINÁMICA

2. Fundamento teórico Sistemas Termodinámicos Un sistema termodinámico se puede definir como “una cantidad definida de materia encerrada por fronteras o superficies, ya sean reales o imaginarias” o como “cualquier conjunto de objetos que conviene considerar como una unidad, y que podrían intercambiar energía con el entorno”. Se puede decir que un sistema termodinámico es una parte del Universo que se aísla para su estudio. En los sistemas termodinámicos, al igual que en todos los demás, es indispensable definir con claridad desde un principio exactamente lo que está o no incluido en el sistema. [ CITATION Res07 \l 2058 ] Se pueden definir tres tipos de sistemas termodinámicos:  Sistema aislado: es aquel que no intercambia ni materia ni energía con su entorno, es decir se encuentra en equilibrio termodinámico.  Sistema cerrado: es el que puede intercambiar energía pero no materia con el exterior.  Sistema abierto: es un sistema en el cual intercambia energía y masa con el exterior. Primera Ley de Termodinámica Después de estos preliminares estamos en condiciones de estudiar la primera ley termodinámica que establece la conversión de energía, es decir, está ni se crea, ni se destruye. en otras palabras esta ley se fórmula diciendo que para una cantidad dada de una forma de energía qué desaparece otra forma de la misma aparecerá en una cantidad igual a la cantidad desaparecida. Para ser más específicos consideremos el destino de cierta cantidad de calor q que agregar al sistema. Esta cantidad dará origen a un incremento de la energía interna del sistema y también efectuar cierto trabajo externo como consecuencia de dicha absorción calorífica. Si designamos por ∆E al incremento de energía interna del sistema y w al trabajo hecho por el sistema sobre el contorno; entonces por la primera ley de termodinámica tendremos: ∆E + w = q ∆E= q-w

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TERMODINÁMICA

La ecuación anterior constituye el establecimiento matemático de la primera ley. Como la energía interna depende únicamente del estado de un sistema, entonces el cambio de la misma ∆E , involucrado en el paso de un estado donde la energía es

E2

debe estar dada por:

∆E =

E2 -

E1 a otro donde es

E1

Depende así únicamente de los estados inicial y final del sistema y de ninguna manera de la forma en que se ha realizado el cambio. [ CITATION Mar71 \l 2058 ] Balance de Materia y Energía: Balance de Materia: Los BM se basan en la ley de conservación de la materia, la cual, rigurosamente hablando, hay que aplicarla al conjunto materia-energía, y no a la materia o energía por separado. Sin embargo, en las condiciones que se dan en los procesos industriales objeto de los PFC en la UGR, al no abordarse el caso de los reactores nucleares, no existe transformación de materia en energía o viceversa, con lo que la forma general del balance de materia TOTAL a un sistema, será:

La forma del balance a cada uno de los componentes será la misma, excepto cuando existe reacción química, ya que en ese caso habrá que considerar la aparición o desaparición de los componentes individuales por efecto de la reacción (sin embargo la masa total del sistema nunca variará). Por ello el BM al componente ‘i’ tendrá la forma:

[ CITATION Mon14 \l 2058 ]

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TERMODINÁMICA

3.

Descripción y datos del proceso unitario Realizar un balance de materia del proceso de tostación de concentrado de zinc en un

horno de lecho fluidizado o turbulento (TLR) y la entalpia estándar de la reacción con las siguientes características: Se ingresa ZnS con exceso de aire del 15% por arriba del que se necesita para la siguiente reacción: ZnS + 3/2 O2 = ZnO + SO2 Sabiendo que ingresa 2 Kg de ZnS con 30% de agua. Si los reactivos se introducen a 25°C y los productos se extraen a 900°C

    

O2 exceso N2 total H2O (gaseoso)

600g H2O 1400 ZnS



15 % exceso de aire

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TERMODINÁMICA

4. Análisis

Gases: H2O (g) O2 (g) N2 (g) SO2 (g)

2000 g de concentrado de ZnS H2O al 30% = 600g ZnS al 70% = 1400g

TLR

Calcina de ZnO (s)

AIRE: 15% EXCESO O2 TOTAL N2 TOTAL

 Reacción química 3 ZnS(s )+ O 2( g) =ZnO(s) + S O2 2 Masas molares Zn=62

ZnS(s ) Masa (g)

1400

S=32

+

O=16

Mol=

N=14

3 O 2 2(g ) 692.768

=

Masa Masa Molar

ZnO(g) 1169.073

+

S O2 923.712

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TERMODINÁMICA 14.433

Moles

21.649

14.433

14.433

Teoricos

 Reacción química del H 2 O (L)=H 2 O(g ) H 2 O (L) Masa (g) Mol teórico

dato= MM del agua=18g H 2 O (g)

=

(Entra) 600 33.333

(Sale) 600 33.333

 Balance parcial de Aire: EL aire tiene 21% Mol de O2 y 79% Mol de N2 Moles Teórico Exceso (15%) Total

O2

N2

+

(Moles) 21.649 3.247 24.896

(Moles) 81,441 12.215 93.656

 Resumen de la entrada y salida en la reacción en base a 2kg (2000g) de concentrado. Entrada

Moles

Masa

Salida

Moles

(g) 1. Concentrado

Masa (g)

1. Calcina

de zinc ZnS(s )

14.43

1400

H 2 O (L)

3 33.33

600

de Zinc ZnO(s)

14.43

1169.07

3

9

3.247

103.904

3 2. Aire O 2(g )

24.89

796.672

2.Gases O 2(g )

N 2(g )

6 93.65

2622.36

N 2(g )

93.65

2622.36

6

8 H 2 O (g)

6 33.33

8 600

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TERMODINÁMICA

S O2(g)

3 14.43

923.712

3 Total

5419.04

Total

5419.04

5. Resultados 

Despues de hacer reaccionar 2000g de ZnS con 30% de agua introducidos a 25 °C y extraido a 900 °C y haber realizado el balance de materia ontuvimos la mima cantidad de masa en la entrada (5419.04) y en la salida.

6. Conclusiones y recomendaciones



A partir del resultado podemos concluir que la materia de entrada es igual al de la salida por lo cual la primera ley de la termodinámica: La materia no se crea ni se destruye. Se cumple para este ejercicio al igual que para el ecosistema.



También concluimos que es una reación exotérmica ya que libera calor por ente tiene una entalpia negativa. Para los cálculos de la reacción se recomienda usar como mínimo 3 decimales para obtener un resultado más exacto.

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TERMODINÁMICA

7. Referencias bibliográficas

Bibliografía Aula Ingeniería Química. (s.f.). Balances de Materia y Energía. Obtenido de https://www.ugr.es/~aulavirtualpfciq/BMyBE.html#:~:text=Los%20balances%20de %20materia%20y,distintas%20operaciones%20que%20lo%20integran. Maron, S., & Prutton, C. (1971). Fundamentos de fisicoquímica. México: Limusa Wiley. Monsalvo Vásquez, R., Romero Sánchez, R., Miranda Pascual, G., & Muñoz Perez, G. (2014). Balance de materia y energía Procesos Industriales. México: Grupo editorial Patria. Resnick, R., Hallyday, D., & Kenneth S., K. (2007). Física. Volumen I 5ta. Edición. México: Grupo Editorial Patria.

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TERMODINÁMICA

RÚBRICA DE EVALUACIÓN: La asignación del puntaje máximo a cada criterio es aplicable si este se cumple a nivel satisfactorio. El docente del curso determina el puntaje de cada ítem de acuerdo a su juicio de experto. NIVELES DE LOGRO CRITERIOS

Introducción (5 puntos)

Desarrollo de contenidos (5 puntos)

Conclusiones y Recomendacio nes (5 puntos)

SATISFACTORIO

EN PROCESO

EN INICIO

El trabajo presenta una portada en la que refleja el título del trabajo, el nombre de los alumno/as, grupo y fecha de entrega El trabajo presenta una breve introducción escrita de forma clara.

El trabajo presenta una portada en la que refleja el título del trabajo, el nombre de los alumno/as, grupo y fecha de entrega El trabajo no presenta introducción

El trabajo presenta de manera parcial una portada en la que refleja el título del trabajo, el nombre de los alumno/as, grupo y fecha de entrega El trabajo no presenta introducción

5-4

3 -2

1-0

El trabajo desarrolla todos los apartados mostrados en la estructura propuesta: Descripcion y datos del proceso unitario, análisis y resultados El trabajo presenta sustento y evaluación de resultados con ejercicios, tablas o gráficos El escrito demuestra originalidad. No es una copia.

El trabajo desarrolla todos los apartados mostrados en la estructura propuesta: Descripcion y datos del proceso unitario, análisis y resultados El trabajo presenta solo resultados con tablas o gráficos El escrito demuestra originalidad. No es una copia.

El trabajo desarrolla algunos de los apartados mostrados en la estructura propuesta: Descripcion y datos del proceso unitario, análisis y resultados El trabajo no indica resultados El escrito no demuestra originalidad.

5-4

3-2

1-0

El trabajo presenta una conclusión y recomendacion al final del mismo en la que hay una estrecha relación con el tema y los argumentos expuestos. 5–4

Estructura del documento (3 puntos)

Redacción y ortografía (2 puntos)

El trabajo presenta solo conclusión al final del mismo en la que no se evidencia relación con el tema y los argumentos expuestos. 3-2

El trabajo no presenta una conclusión y recomendacion

1-0

El trabajo aborda el total de la estructura propuesta. El índice señala los apartados y subapartados del trabajo y las páginas en los que se encuentra

El trabajo aborda parcialmente la estructura propuesta. El índice señala solo los apartados y subapartados del trabajo

El trabajo aborda parcialmente la estructura propuesta. No presenta índice

3

2

1–0

El texto no presenta errores ortográficos (puntuación, acentuación y grafías). Se utiliza un lenguaje apropiado con corrección sintáctica y gramatical; utiliza vocabulario preciso, correcto y técnico de la materia.

El texto presenta algunos (hasta 5) errores ortográficos (puntuación, acentuación y grafías). Se utiliza un lenguaje apropiado sin corrección sintáctica y gramatical; utiliza vocabulario preciso, correcto y técnico de la materia.

El texto presenta muchos errores ortográficos (puntuación, acentuación y grafías) Se utiliza un lenguaje apropiado sin corrección sintáctica y gramatical; utiliza vocabulario técnico de la materia.

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