Principios Ingeniería Química

Unidad Curricular: Principios de Ingeniería Química
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL
FRANCISCO DE MIRANDA
AREA DE TECNOLOGÍA
DEPARTAMENTO DE ENERGETICA
UNIDAD CURRICULAR: PRINCIPIOS DE ING. QUÍMICA
PROFESORA: ING. PETRA B. HURTADO DE FONSECA
TEMA Nº 01: INTRODUCCIÓN A LOS CÁLCULOS BÁSICOS EN INGENIERÍA QUÍMICA
La guía de estudio que se presenta a continuación tiene el propósito de reforzar los conocimientos
adquiridos con anterioridad en algunos contenidos estudiados en los semestres iniciales y presentar
nuevos conceptos que requieren ser manejados, y que servirán como base para resolver los balances
de materia y energía, que constituyen el objetivo fundamental de la Unidad Curricular: Principios de
Ingeniería Química.
CONTENIDO:
1. Unidades y Dimensiones
2. La Unidad Mol
3. Composición de sustancias, soluciones y mezclas
4. Densidad
5. Relaciones Presión – Volumen – Temperatura para gases y mezclas de gases ideales
6. Equilibrios de Fases y Sistemas Multifásicos
7. Humedad y Saturación
8. Diagrama de Humedad
BIBLIOGRAFÍA:
FELDER, R Y Rousseau. (2005). Principios Elementales de los Procesos Químicos. México:
LIMUSA WILEY.
HIMMELBLAU, DAVID. (1997). Principios Básicos y Cálculos en Ing. Química. México: PRENTICE
HALL.
PERRY, R. (1992). Manual del Ing. Químico. México: MC GRAW-HILL.
RAMONES, Jhoanna. (2005). Guía: Introducción a la Ingeniería Química. UNEFM.
ROBAYO, Fanny. (2005). Guía Nº 01: Introducción al balance de materia. UNEFM.

1. UNIDADES Y DIMENSIONES:
Las dimensiones constituyen los conceptos básicos de las mediciones: longitud, tiempo, masa, etc.
Las unidades son los medios para expresar las dimensiones. Ejemplo: pie, centímetro, etc. La
longitud, la masa y el tiempo son Unidades Fundamentales, la velocidad, el volumen y la aceleración
son ejemplo de Unidades Derivadas.
Los sistemas de unidades están compuestos por:
Unidades Fundamentales: Se tienen para la masa, longitud, tiempo, temperatura,
corriente eléctrica e intensidad luminosa.
Unidades Múltiplos: Son múltiplos o fracciones de las unidades fundamentales. Se
usan por conveniencia. Es más práctico hablar de 3 años que de 94.608.000 s, o
hablar de una tonelada que de un millón de gramos.
Unidades Derivadas: Se pueden obtener de dos formas:
1. Unidades Compuestas: Multiplicando y/o dividiendo unidades fundamentales y
sus múltiplos (m2
, m/s, m/s2
).
2. Unidades Equivalentes: Son equivalentes definidos de las unidades compuestas
(Ej: 1 N ≡ 1 kg∙m/s2, 1 erg ≡ 1 g∙cm/s2
).
El Sistema Internacional de unidades (SI) tiene gran aceptación en las comunidades científicas y de
ingeniería. Las unidades SI fundamentales son: Para la longitud, el metro (m); para la masa, el
kilogramo (kg); para la temperatura el Kelvin (K) y para el tiempo, el segundo (s). En el sistema
americano de ingeniería, las unidades fundamentales son: el pie (ft o pie) para la longitud, la
libramasa (lbm) para la masa y segundo (s) para el tiempo.
DIMENSIÓN UNIDAD EN EL S.I.
UNIDAD EN EL S.
INGLÉS
BASICAS
LONGITUD METRO (m) PIE (ft.)
MASA KILOGRAMO (Kg.) LIBRA (Lb.)
TIEMPO SEGUNDO (s) SEGUNDO (s)
TEMPERATURA KELVIN (K) RANKINE (R)
CANTIDAD DE
SUSTANCIA
MOL (mol) LIBRAMOL (Lbmol)
DERIVADAS
ENERGÍA JOULE (J) (N.m) BTU (ft.LBF)
FUERZA NEWTON (N) (Kg.m/s2) LBF
POTENCIA WATT (W) (J/s) Hp
DENSIDAD Kg./m3 Lb./ft3
PRESIÓN PASCAL (Pa) (N/m2) PSI (LBF/pulg2)
CAPACIDAD CALORÍFICA J/Kg.K BTU/Lb.ºF
Es recomendable ser muy organizado al trabajar con las unidades, por ello a continuación se
mencionan algunas reglas básicas para operar con las mismas:
 No pueden sumarse ni restarse dimensiones distintas.
 Los valores numéricos de dos cantidades pueden combinarse solamente al multiplicar o
dividir. No se pueden dividir o multiplicar dos dimensiones diferentes y esperar un resultado
dimensional.

1.1 FACTORES DE CONVERSIÓN:
Son expresiones de valores equivalentes de diferentes unidades del mismo sistema o de sistemas
distintos. La equivalencia entre dos expresiones de la misma cantidad puede definirse en términos
de una proporción (como un cociente):
( 1 centímetro equivale a 10 mm)
ó
(10 milímetros equivalen a 1 centímetro)
Cuando se tiene una unidad con unidades compuestas (por ej.: kg/h, cal/(g∙ºC) y se desea
transformar a su equivalente en términos de otro conjunto de unidades, se plantea una ecuación
dimensional: se escribe la cantidad dada y sus unidades a la izquierda, se escriben las unidades de
los factores de conversión para cancelar las unidades anteriores y reemplazarlas con las deseadas, se
anotan los valores de los factores de conversión, y se lleva a cabo la operación iniciada para obtener
el valor deseado. Ejemplo: Convertir 23 lbm∙pie/min2
a su equivalente en kg∙cm/s2
1.2 FACTOR DE CONVERSIÓN GRAVITACIONAL (gc):
Por la Ley de Newton se conoce que F = m * a. En el sistema inglés, Lbf = Lbm * ft/s2
, estos sistemas
como tales son internamente inconsistentes. Para poder conseguir su consistencia es necesario
introducir una constante dentro de las ecuaciones físicas, la cual es conocida como CONSTANTE
GRAVITACIONAL (gc). Por lo tanto la ecuación anteriormente descrita quedaría de la siguiente
forma:
gc
am
F
*
Donde (gc) es una constante de consistencia de unidades, la cual presenta valores de:
2
*
*
174,32
sLbf
ftLbm
y 2
*
*
80665,9
sKgf
mKgm
2. LA UNIDAD “MOL”:
Un mol es un cierto número de moléculas, átomos, electrones u otro tipo de partículas. En el SI, un
mol se compone por 6,02*1023
moléculas, aunque por conveniencia en los cálculos se puede utilizar
otras especificaciones no estándar; como la libramol (Lbmol, compuesta por 6,02*1023
*453,6
moléculas), el Kilogramomol (Kgmol, compuesto por 6,02*1023
*1000 moléculas) y así sucesivamente.
Si se quiere convertir el número de moles en masa utilizamos el PESO
MOLECULAR, que corresponde a la masa que posee un mol de una sustancia,
y resulta de la suma ponderada de los pesos atómicos de los elementos que
se encuentran presentes en una molécula.
El gmol = (masa en g) / PM
El Kgmol = (masa en Kg) / PM
La Lbmol = (masa en Lb) / PM
La Tonmol = (masa en Ton) / PM
10 mm
1 cm
1 cm
10 mm

n
i
i
i
CBA
ii
i
m
m
mmm
m
m
m
X
1
...
m
i
i
i
CBA
ii
i
n
n
nnn
n
n
n
Y
1
...
n
i i
i
i
n
i
i
PM
X
YPM
n
m
PM
1
1
1
*
1iX
1iY
Para mostrar como calcular el valor del Peso Molecular se mostrará el siguiente ejemplo:
3. COMPOSICIÓN DE SUSTANCIAS SOLUCIONES Y MEZCLAS:
3.1 FRACCIÓNES MÁSICAS Y MOLARES
Fracción Másica (X):
Es la relación entre la masa de un componente de una mezcla o una corriente de proceso y la masa
total de ésta.
Donde m es la masa total de la mezcla o corriente de proceso y n es el número de componentes en
ella. Si se multiplica por 100, se obtiene la fracción expresada como porcentaje.
Fracción Molar (Y):
Es la relación entre el número de moles de un componente de una mezcla o una corriente de
proceso y los moles totales en ella.
Donde n es el número total de moles de la mezcla o la corriente de proceso y m es el número de
componentes en ella. Equivalentemente, se obtiene la fracción volumétrica, sin embargo, no es
común su uso.
Cuando se está trabajando con mezclas de gases de gases y líquidos el concepto de Peso Molecular
estudiado anteriormente, se sustituye por un término nuevo conocido como: Peso Molecular
Promedio PM , el cual es el cociente entre la masa total de una muestra y el número total de
moles en ella, como se muestra a continuación:
EJEMPLO: CALCULO DEL PESO MOLECULAR DEL H2SO4
ELEMENTO Nº ÁTOMOS PESO ATÓMICO MASA
H 2 1 1 X 2 = 2
S 1 32 32 X 1 = 32
O 4 16 16 X 4 = 64
TOTAL: 98
98 gr. en 1 mol de H2SO4
98 Lb. en 1 Lbmol de H2SO4
98 Kg. en 1 Kgmol de H2SO4
98 Ton. en 1 Tonmol de H2SO4

3.2 CONCENTRACIONES
Las concentraciones son aquellas que expresan la cantidad de un soluto en una cantidad especificada
de disolvente, o de disolución, en una mezcla de dos o más componentes.
 Concentración Másica: Es la masa de un componente de
la mezcla por unidad de volumen de ésta. No debe
confundirse con la densidad de la mezcla.
 Concentración Molar: Se obtiene al dividir el número de
moles de un componente por unidad de volumen de la
mezcla.
 Molaridad: Es la concentración molar de un componente
expresada en mol de soluto/L de solución (moles de
soluto/Litros de solución).
 Molalidad: se expresa con el número de moles del soluto
por unidad de masa del disolvente de La solución (moles
de soluto/Kg. De solvente).
 Partes por millón (ppm): expresa la concentración de una solución en mg (miligramos) de
soluto por L (litro) de solución.
3.3 VELOCIDAD DE FLUJO [] :
La mayoría de los procesos implican el paso de material y/o energía de un punto a otro. La velocidad
a la cual se transporta el material o la energía a través de una línea de proceso es lo que se conoce
como velocidad de flujo o simplemente flujo de masa, moles, volumen, energía cinética, entalpía,
calor, entre otros. Como se desprende de esta definición, las unidades serán la unidad de masa,
moles, volumen, energía, etc. sobre unidad de tiempo. Se denotarán con un punto superpuesto. Ej:
n (flujo de moles o velocidad de flujo molar), V (flujo volumétrico), Ec(flujo o velocidad de flujo
de la energía cinética), entre otras.
4. DENSIDAD (ρ)
Como ya es conocido, la masa se relaciona con el volumen a través de la densidad. El inverso de la
densidad (volumen/masa) es el volumen específico. La densidad no es más que la masa que ocupa
una sustancia por unidad de volumen, por lo tanto puede usarse como factor de conversión para
relacionar masa y volumen. Varía con la temperatura. La densidad del agua a 4 ºC es 1 g/cm3
≡ 1000
kg/m3
≡ 62.43 lbm/pie3
.
= (m/V) Densidad
= (1/ ) = (V/m) Vol. Específico

4.1 GRAVEDAD ESPECÍFICA (SG) O DENSIDAD RELATIVA:
Es la relación entre la densidad (o el peso específico (γ)) de una
sustancia y otra densidad (o peso específico) de referencia.
Normalmente la sustancia de referencia es el agua. Es importante
destacar que debido a que la densidad es una propiedad que varía
con la temperatura, la GE de la sustancia de referencia (tabulada en
la mayoría de los casos) debe tomarse a la temperatura del proceso,
para que la densidad calculada sea la correspondiente en las
condiciones dadas.
De esta definición y la anterior, se deduce que la gravedad específica de una sustancia es
adimensional. Al multiplicar la GE por la densidad de referencia en cualquier unidad, se obtiene la
densidad en las mismas unidades.
 GRADOS API: es una escala de hidrómetro empleada en derivados de petróleo para el
cálculo de la gravedad específica. La ecuación de la escala de ºAPI es:
5,131
)º60/º60(
5,141
º
FFSg
API
La American Petroleum Institute hace la siguiente clasificación de los crudos y sus derivados según
ºAPI:
ºAPI ≥ 50º Condensado
35º ≤ ºAPI < 50º Crudo Liviano
18º ≤ ºAPI < 350º Crudo Mediano
10º ≤ ºAPI < 18º Crudo Pesado
ºAPI < 10º Crudo Extra-Pesado
NO intente obtener un peso específico relativo medio o densidad media para una mezcla de sólidos
o líquidos, multiplicando los pesos específicos relativos o densidades de los componentes
individuales por las respectivas fracciones másicas y sumando los productos.
4.2 PESO ESPECÍFICO ( ):
Representa el peso de una sustancia por unidad de volumen, puede calcularse como se muestra a
continuación:
Sg = ( sustancia) / ( sustancia referencia)
Sg = ( sustancia) / ( sustancia referencia)
Sustancia de Referencia:
Para Líquidos: Agua a 4 ºC
Para Gases: Aire a una T y P de referencia.
= (Peso/Volumen)
= x gravedad

5. RELACIONES PVT PARA GASES Y MEZCLAS DE GASES Y VAPORES (IDEALES)
Las relaciones PVT son expresiones para gases que relacionan volumen con temperatura y presión,
de modo que cuando se conocen dos de estas cantidades, es posible calcular la tercera.
Antes de estudiar las relaciones PVT para los gases es importante definir los siguientes términos:
o PROPIEDAD: es cualquier característica medible de una sustancia, como presión,
temperatura, o una característica que puede calcularse o deducirse, como por ejemplo la
densidad, la energía interna, la entalpía, la capacidad calorífica, entre otras.
o ESTADO: es cuando un sistema posee un conjunto único de propiedades, como temperatura,
presión, densidad, etc.; un cambio de estado implica un cambio en por lo menos una de sus
propiedades.
o EQUILIBRIO: se refiere a un estado en el que no existe tendencia alguna hacia el cambio
espontáneo, es un estado en el que todas las velocidades para alcanzar y dejar el estado se
balancean.
o FASE: se define como un estado de la materia completamente homogéneo y uniforme.
5.1 ECUACIÓN DE ESTADO DE LOS GASES IDEALES
La ley de gases ideales, se establece a partir de la teoría cinética de los gases, suponiendo que las
moléculas del gas tienen un volumen despreciable, que no ejercen fuerzas unas sobre las otras y que
colisionan elásticamente con las paredes del recipiente que las contiene. Se aplica a gases a baja
presión, máximo 5 atm.
La ecuación de estado es aquella que relaciona la cantidad molar y el volumen de un gas con la
temperatura y la presión. La más usada es la ecuación de estado de los gases ideales:
PV=nRT ó RTnVP
Donde:
P es la presión absoluta del gas, V ó V es el volumen o flujo volumétrico del gas, n ó n es el
número de moles o flujo molar del gas y R es la constante universal de los gases ideales, cuyo valor
está tabulado y depende de las unidades de P, V, n y T.
8,314 m3
.Pa / gmol.K
0,08314 L.Bar / gmol.K
0,08206 L.atm / gmol.K
62,36 L.mmHg / mol.K
0,7302 Ft3
.atm / Lbmol.R
10,73 Ft3
.PSIA / Lbmol.R
8,314 J / gmol.K
1,987 Cal / gmol.K
1,987 Btu / Lbmol.R
Al trabajar con gases ideales muchas veces se escogen varios estados de referencia de temperatura y
presión, denominados Condiciones Estándar (CE). De acuerdo al tipo de sistema en el cual se
trabaje las unidades pueden variar, tal y como se muestra a continuación:
Condiciones Estándar para un Gas Ideal
Sistema Temperatura Presión Moles Volumen Molar
SI 273,15 K 101325 Pa 1 mol 22,415 m3
/Kgmol
Científico Universal 0 ºC 760 mmHg 1 mol 22,42 L/gmol

Industria del Gas Natural 60 ºC 14,7 Psia 1 Lbmol 379,40 ft3
/Lbmol
Estadounidense de Ing. 32 ºF 1 atm 1 Lbmol 359,05 ft3
/Lbmol
Sistema Inglés 492 R 14,7 Psia 1 Lbmol 359,05 ft3
/Lbmol
6. EQUILIBRIO DE FASE Y SISTEMAS MULTIFÁSICOS
Cuando una especie se transfiere de una fase a otra, por lo general la velocidad de transferencia
disminuye con el tiempo hasta que la segunda fase se sature con dicha especie y contenga el máximo
posible de esta en las condiciones prevalecientes en el proceso. Cuando las concentraciones en cada
fase dejan de cambiar con el tiempo, se dice que han alcanzado un equilibrio de fases. La eficacia
de cualquiera de los procesos de separación, depende de la manera en que las especies se
distribuyen entre las fases en el equilibrio y de la velocidad a la cual el sistema alcanza el equilibrio
partiendo de su estado inicial.
Diagramas de fase de una sustancia pura
Es la representación gráfica de una variable contra otra, que muestra las condiciones en las cuales la
sustancia existe como sólido, líquido o gas. Generalmente, son diagramas P-T (Presión Vs.
Temperatura), o diagramas P-V (Presión Vs. Volumen específico).
Diagrama Presión – Temperatura (P-T)
Figura 1: Diagrama P-T
Las curvas 1-2 y 2-C del diagrama de fases se obtienen de la representación de las mediciones de la
presión de vapor de un sólido puro a temperaturas hasta la de su punto triple y las mediciones de la
presión de vapor del líquido puro a temperaturas mayores que la de su punto triple. La tercera línea
(2-3) de esta gráfica proporciona la relación de equilibrio sólido/líquido, que se inclina a la izquierda
para sustancias que se expanden al congelarse, y a la derecha para aquellas que se contraen.
Estas tres curvas representan las condiciones de P y T necesarias para la coexistencia de las dos
fases y son, por tanto, las fronteras de las regiones de una sola fase. La línea 1-2, curva de
ss uu pp ee rr cc rr íí tt ii cc oo

sublimación, separa las regiones sólida y gaseosa; la línea 2-3, curva de fusión, separa las regiones
sólida y líquida; la línea 2-C, curva de vaporización, separa las regiones líquida y gaseosa. Las tres
curvas convergen en el punto triple, que es el punto invariante donde las tres fases coexisten en
equilibrio.
Si el sistema existe a lo largo de cualquiera de las líneas de dos fases, entonces el sistema es
divariante, es decir, la presión y la temperatura no pueden variar independientemente la una de la
otra. Sin embargo, en las regiones de una única fase (sólido, líquido o vapor), el estado del sistema
queda determinado mediante dos variables de estado. La curva de vaporización 2-C termina en el
punto C, que es el punto crítico. Las coordenadas de este punto son la presión crítica Pc y la
temperatura crítica Tc, que representan la mayor temperatura y presión para las que una especie
química pura puede existir en equilibrio vapor/líquido.
Diagrama Presión – Volumen (P-V)
Figura 2: Diagrama P-V
Consideraciones Importantes:
El diagrama P-T no proporciona ninguna información sobre el volumen, sólo se muestran las
fronteras de fase. Estas fronteras aparecen en un diagrama P-V como áreas que representan regiones
donde dos fases, sólido/líquido, sólido/vapor y líquido/vapor, coexisten en equilibrio a una
temperatura y presión dadas y pueden coexistir durante los cambios de estado tales como
vaporización, fusión y sublimación. El punto triple del diagrama P-T se convierte en una línea
horizontal, donde coexisten las tres fases en una sola temperatura y presión.
En el diagrama P-V mostrado se superponen cuatro isotermas que representan regiones de líquido,
líquido/vapor y vapor:
La línea marcada con T>Tc es una isoterma para una temperatura mayor que la crítica. Como puede
observarse, tales isotermas no cruzan una frontera de fase y, por tanto, son suaves. Las líneas
marcadas como T1 y T2 corresponden a temperaturas subcríticas (por debajo del punto crítico), y
están formadas por tres segmentos distintos: Los segmentos horizontales representan el cambio de
fase entre líquido y vapor. La presión constante para la que esto sucede a una temperatura
determinada es la presión de saturación o de vapor. Los puntos que están a lo largo de las líneas

horizontales representan todas las mezclas posibles de líquido y vapor en equilibrio, las cuales van
desde 100% de líquido en el extremo izquierdo, hasta 100% vapor en el extremo derecho. El lugar de
estos puntos extremos se encuentra en la curva en forma de domo limitada por los puntos BCD
(Campana de Andrews), cuya mitad izquierda (de B a C) representa líquido saturado y la mitad
derecha (de C a D) vapor saturado.
La región de dos fases se encuentra bajo el domo BCD, mientras que las regiones líquida (líquido
subenfriado) y gaseosa (vapor sobrecalentado) están en las partes izquierda y derecha
respectivamente.
Por encima del punto crítico la apariencia de los tres estados de agregación ya no es tan definida.
Para ingeniería, estos estados no tienen importancia, por ser muy caros de mantener (debido al
equipo especial que se requiere para tener presiones y temperaturas tan altas).
Los estados de la región gaseosa que están muy cercanos a la línea de vapor saturado,
reciben también el nombre de estados de vapor sobrecalentado.
Comparación de los diagramas P-T Vs. P-V
Figura 3: Comparación de los diagramas P-T y P-V
Cambios de estado y trayectorias
Ninguna de las curvas que aparecen en los diagramas P-V o P-T representa un proceso (cambio de
estado). Estas curvas son simples agrupaciones de estados totalmente independientes que tienen
alguna característica común, pero nada más. En ningún momento implican que los procesos de
calentamiento, enfriamiento o cambio de fase van a seguir una trayectoria única definida.
Cada uno de los puntos graficados en el diagrama no es más que un estado independiente,
perfectamente definido por un valor de presión, temperatura y/o volumen específico. Ahora bien,
para el ingeniero, es muy importante estimar los cambios de estado, para poder cuantificar la
energía que podría extraer (o que necesita entregar) del mismo.
Un cambio de estado, es un proceso por medio del cual se parte de un estado inicial (cualquier
punto en el diagrama PV), y se termina en un estado final (cualquier otro punto en el diagrama). El
camino que se siga para efectuar dicho cambio, se denomina trayectoria.
Existen cuatro tipos fundamentales de trayectorias:
- Isobáricas: describen un proceso que se realiza entre dos estados que tienen la misma
presión. En el diagrama P-V, la trayectoria isobárica ideal es una línea recta horizontal.

- Isométricas o isocóricas: describen un proceso que se realiza entre dos estados que tienen el
mismo volumen específico. En el diagrama P-V, la trayectoria isométrica ideal es una línea
recta vertical.
- Isotérmicas: describen un proceso que se realiza entre dos estados que tienen la misma
temperatura. En el diagrama P-V, la trayectoria isotérmica ideal es una curva que sigue a
alguna curva isoterma.
- Politrópicas: describen un proceso que se realiza entre dos estados que NO TIENEN ninguna
propiedad volumétrica en común. Esto quiere decir que el volumen específico, temperatura
y presión iniciales son totalmente diferentes al volumen específico, temperatura y presión
finales. La trayectoria politrópica ideal en el diagrama P-V es una línea recta que nace en el
punto del estado inicial y que termina en el punto que representa al estado final.
Necesariamente, esta trayectoria tiene alguna pendiente (positiva o negativa).
6.1 SISTEMAS Y EQUILIBRIO SÓLIDO-LÍQUIDO
Se evidencia principalmente en las soluciones de sólidos en líquidos y para lograrse depende
obviamente de la solubilidad del sólido en el líquido, la cual es la cantidad máxima del sólido que
puede disolverse en una cantidad específica de líquido en el equilibrio La solubilidad depende del
par soluto-solvente y además, de la temperatura. Una solución que contiene la cantidad máxima
posible de una especie disuelta en el equilibrio se encuentra saturada con dicha especie. Una
solución en equilibrio con soluto sólido debe estar saturada con este último; si no lo estuviera, se
disolvería más soluto. Si la cantidad de soluto es mayor a la de saturación, se dice que la solución
está sobresaturada.
Algunas operaciones unitarias que evidencian sistemas sólido-líquido son: La cristalización-filtración
y la lixiviación.
6.2 SISTEMAS Y EQUILIBRIO LÍQUIDO-LÍQUIDO
No todos los líquidos son completamente miscibles entre si, existen líquidos como el agua y el aceite
que son prácticamente insolubles. La solubilidad de un líquido en otro depende la temperatura y
generalmente aumenta con ella.
Si se forma un sistema compuesto por tres sustancias, dos de ellas parcial o completamente
inmiscibles y la tercera completamente miscible con una de las sustancias anteriores, la sustancia
miscible se distribuirá entre las fases que forman las sustancias que son inmiscibles entre si. Un
proceso donde se evidencia un equilibrio entre líquidos es la Extracción Líquido-Líquido.
6.3 EQUILIBRIO LÍQUIDO-GAS O LÍQUIDO-VAPOR
Como los líquidos son más densos que los gases, la velocidad de colisión de las moléculas es mucho
mayor en la fase líquida que en la gaseosa. Cuando las moléculas de un líquido tienen suficiente
energía para escapar de la superficie, sucede un cambio de fase.
Cuando aumenta la concentración de las moléculas en la fase vapor (o gas), algunas regresan a la
fase líquida. En ciertas ocasiones se llega a un estado de equilibrio dinámico, cuando la velocidad
del proceso en un sentido está exactamente balanceada por la velocidad del proceso inverso, es
decir, cuando las velocidades de condensación y evaporación se igualan.
La evaporación o vaporización es el proceso en el cual un líquido se transforma a vapor (cambio de
fase). La condensación es el cambio del vapor a líquido.

%100%100
)(*
:
sat
vapor
i
i
P
P
TP
P
SRrelativaSaturación
El punto de burbuja ocurre cuando comienza el cambio de la fase líquida a vapor, es decir, cuando
se forma la primera burbuja de vapor. El punto de rocío ocurre cuando comienza el cambio de la
fase de vapor a líquida, es decir, cuando se forma la primera gota de líquido.
Presión de vapor de equilibrio:
La presión de vapor de equilibrio es la presión de vapor medida cuando se ha alcanzado un equilibrio
dinámico entre la condensación y la evaporación, es decir, un equilibrio gas-líquido. Suele emplearse
el término presión de vapor para referirse a la presión de vapor de equilibrio.
Es importante observar que la presión de vapor de equilibrio es la máxima presión de vapor de un
líquido a una temperatura dada y permanece constante a temperatura constante. De aquí se
desprende que la presión de vapor de un líquido aumenta con la temperatura.
7. SATURACIÓN Y HUMEDAD:
Cuando cualquier gas puro (o una mezcla gaseosa) entra en contacto con un líquido, el gas tomará
vapor del líquido. Si se mantienen en contacto durante un tiempo considerable, se alcanza el
equilibrio, y al mismo tiempo la presión parcial del vapor igualará la presión de vapor del líquido (ley
de Raoult) a la temperatura del sistema. Sin tener en cuenta la duración del contacto entre el
líquido y el gas, después que se alcanza el equilibrio no vaporizará más líquido en la fase gaseosa.
Entonces se dice que el gas está saturado con el vapor en cuestión a la temperatura dada. También
se puede decir que la mezcla gaseosa se encuentra en su punto de rocío.
o Saturación parcial
Es la condición en la cual el vapor no está en equilibrio con la fase líquida, por lo tanto la presión
parcial del vapor es menor que la presión de vapor del líquido a la temperatura dada.
Cuando el vapor es vapor de agua y el gas es aire, se aplica el término especial de HUMEDAD; en el
caso de otros gases o vapores, se emplea el término SATURACIÓN.
7.1 FORMAS DE EXPRESAR LA CONCENTRACIÓN DE UN VAPOR EN UNA MEZCLA GASEOSA:
Existen varias formas, algunas veces se utiliza la fracción (o porcentaje) molar
o másica, pero con más frecuencia se utilizan: saturación relativa (humedad
relativa), saturación molal (humedad molal) y la saturación absoluta (humedad
absoluta), las cuales se describen a continuación:
 Saturación relativa o Humedad Relativa
La saturación o humedad relativa (SR ó HR)) se define como la relación en forma de cociente de la
presión parcial del vapor en la mezcla gaseosa, pvapor, entre la presión parcial del vapor en la mezcla
gaseosa si el gas estuviera saturado a la temperatura dada de la mezcla (esto es, la presión de vapor
del componente como vapor), psat.

La saturación relativa representa una fracción de la saturación total. Una saturación relativa de 0 %
significa que no hay vapor en el gas. Lo contrario, una saturación relativa del 100 % quiere decir que
la presión parcial del vapor es la misma que la presión de vapor de la sustancia a la temperatura
medidas.
 Saturación Molal (Humedad Molal)
Se define como el cociente entre los moles de vapor y los moles de gas libre de vapor.
vapordelibreoairedemoles
vapordemoles
PP
P
HMSM
i
i
___sec___
__
)(
 Saturación Absoluta (Humedad Absoluta)
.
 Humedad
El término especial Humedad (H) se refiere a la masa de vapor de agua por masa de aire seco, y
puede determinarse a través de la siguiente ecuación:
)).((
)).((
sec secsec ogasogas
vaporvapor
PMn
PMn
ogasdemasa
vapordemasa
H
8. CARTAS PSICROMÉTRICAS O DIAGRAMAS PSICROMÉTRICOS:
En un diagrama psicrométrico (o diagrama de humedad) se hacen gráficas cruzadas de diversas
propiedades de una mezcla de gas-vapor. El más común de estos diagramas es el del sistema aire-
agua y se utiliza en forma extensa para analizar procesos de humidificación, secado y
acondicionamiento de aire.
Los dos diagramas psicrométricos que se muestran a continuación, corresponden al sistema aire-agua
a 1atm, y se representa en unidades del SI y del americano, respectivamente. Las diferentes
propiedades del aire húmedo que se pueden leer en el diagrama son las siguientes:
 Temperatura de bulbo seco (T): Es la abscisa del diagrama y corresponde a la
temperatura medida del aire.
 Humedad Absoluta (HA): Es la ordenada del diagrama.
 Humedad Relativa (HR): Las curvas del diagrama psicrométrico corresponden a valores
específicos de HR (100%, 90%, 80%, etcétera). La curva que forma el límite izquierdo del
diagrama es la curva de 100% de HR, conocida también como curva de saturación.
 Punto de Rocío (TPR): Temperatura a la cual se satura el aire húmedo cuando se enfría a
presión constante. Para encontrarla basta con intersectar la curva de HR requerida con
Saturación Absoluta=
Moles de Vapor
Moles de Gas libre de
Vapor
Reales
Moles de Vapor
Moles de Gas libre de
Vapor
Saturadas
P1 . (Pt – P1*) x 100
P1* . (Pt – P1)
% Saturación Absoluta =

la temperatura de bulbo seco (T), seguir horizontalmente (a HA constante) hacia la curva
de saturación y leer en ella el valor de temperatura correspondiente.
 Volumen Húmedo ( HV ): Es el volumen que ocupa 1 kg de aire seco más el vapor de
agua que lo acompaña. Las líneas de HV del diagrama tienen una pendiente
pronunciada y con valor negativo. Para determinar el volumen de una masa de aire
húmedo a partir del diagrama, es necesario determinar primero la masa correspondiente
de aire seco a partir de la humedad absoluta, para luego multiplicar esta masa por HV .
 Temperatura de Bulbo Húmedo (TBH): Es la temperatura de equilibrio alcanzada por una
superficie de evaporación, ocurre cuando la velocidad de calor transferido de la
superficie por convección es igual al calor perdido por evaporación. En este caso se toma
con un termómetro que posee una mecha saturada en agua bajo una corriente de aire.
Representa la temperatura que tendría el aire si estuviera saturado con vapor de agua.
En el diagrama se puede ubicar en la curva de 100% saturación y se lee diagonalmente
hacia la izquierda hasta intersectarla.
 Entalpía específica del Aire Saturado: La escala diagonal sobre la curva de saturación
muestra la entalpía de una masa unitaria (1 kg o 1 lbm) de aire seco más el vapor de
agua que contiene en la saturación. Los estados de referencia son el agua líquida a 1 atm
y 0 ºC (32 ºF) y aire seco a 1 atm y 0 ºC ó 0 ºF. Para determinar la entalpía a partir del
diagrama, siga la línea de temperatura constante de bulbo húmedo desde la curva de
saturación a la temperatura deseada hasta la escala de entalpía.

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