FACULTAD DE INGENIERIA – Escuela de Ingeniería Ambiental

Ing° Javier Antonio Cossa Cabanillas Balance de Materia y Energía

SEMINARIO DE EJERCICIOS

1. En un torrente de agua se sumergió un tubo doblado, según como se muestra en la figura. La velocidad de la corriente con respecto al tubo es 2.5 m/s. La parte superior del tubo se encuentra a 12 cm sobre el nivel del agua del torrente y tiene un pequeño agujero. ¿A qué altura h subirá el chorro de agua que sale por el agujero?

2. El radio de un cilindro circular recto mide 3.06 m y su altura 6.12 m. El cilindro que se llena con agua tiene en su base un pequeño orificio circular de 25.5 mm de diámetro. ¿Cuánto tardará en salir toda el agua?

a) Si v = (2gh)1/2 b) v = 0.6 (2gh)1/2

3. Una cubeta cilíndrica, abierta por arriba tiene 25 cm, de altura y 10 cm de diámetro. Se hace un agujero circular con área de 1.5 cm2 en el centro del fondo de la cubeta. Se está vertiendo agua en la cubeta mediante un tubo que está arriba a razón de 2.4x10-4 m3/s. ¿A qué altura subirá el agua en la cubeta?

4. Se tiene un tanque cilíndrico abierto, de 1.5 m de diámetro con agua y tiene una llave de caño al costado de la base con una boca circular de 1cm de diámetro. Si se abre la llave del caño cuando la altura del agua en el tanque es de 0.6 m ¿Cuál será la rapidez del chorro de agua?

5. Dado la unión de los tubos de la figura, por la que fluye aire (Viscosidad = 186 x 10-6 poise) con una velocidad de 6 m/s en la rama ancha ¿Cuál es la velocidad en la rama delgada y la diferencia de presión? (1 poise = 1 N.s/m2)

6. De una manguera sale un chorro de agua a razón de 20 cm/s. Si el jardinero decide reducir área del orificio de salida del agua a ¼ de su valor inicial ¿con que rapidez sale ahora el chorro de agua?

7. El agua corre por la tubería del caño de a razón de 0.5 m/s. Si el diámetro del tubo es de 2cm halle el caudal y flujo en la tubería de agua.

8. Fluye agua por un tubo circular de sección transversal variable, llenándolo en todos sus puntos. a) En un punto el radio del tubo de 0.15 m. ¿Qué rapidez tiene el agua en este punto si la razón de flujo de volumen en el tubo es de 1.20 m3/s? b) En otro punto, la rapidez del agua es de 3.8 m/s. ¿Qué radio tiene el tubo en este punto?

9. Un tanque cilíndrico lleno de aceite (densidad =0,8 g/cm3) tiene de 2 m de altura y 1 m de diámetro. En la base del cilindro se perfora un agujero de 1 cm de diámetro circular. Halle la rapidez inicial del chorro en este agujero. Determine la rapidez con que desciende el nivel del aceite en el tanque. Después de que tiempo se ha vaciado el tanque de aceite. Considere g = 9.81 m/s2 y dibuje un esquema.

10. Calcular el volumen de dióxido de carbono que se obtiene de la combustión de

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150 g de etanol (C2H6O) a la temperatura de 45 ºC y a la presión de 1,2

atmósferas. 11. Tenemos la reacción: Zn + HCl → ZnCl2 + H2 a) Balancéala b) ¿Qué masa de

HCl se precisará para reaccionar con 15 g de Zn c) y qué masa de ZnCl2 se

formará suponiendo un rendimiento del 75 %? 12. El hierro es atacado por el ácido clorhídrico formándose cloruro de hierro (II) y

desprendiéndose hidrógeno en forma de gas. a) Qué masa de HCl se necesitará para hacer desaparecer 40 g de Fe? b) ¿Cuántos moles de cloruro de hierro (II) se formarán?

13. Al quemar gas metano (CH4) con oxígeno (O2) se obtiene dióxido de carbono y

vapor de agua. ¿Qué masa de CO2 se formará al quemar 80 g de metano?

14. Al quemar gas butano (C4H10) en aire se obtiene como productos dióxido de

carbono y vapor de agua. Escribe, ajusta la reacción química y calcula la masa de oxígeno que se necesita para la combustión de 20 g de butano.

15. 20 g de una sustancia A reaccionan con 35 g de una sustancia B formándose 40 g de una sustancia C y 15 g de una sustancia D. ¿Qué masas de C y D se obtendrán al hacer reaccionar 8 g de A con 12 g de B? ¿Cuál es el reactivo limitante?

16. En la reacción de combustión de la pirita [FeS2] se produce óxido de hierro

(III) y dióxido de azufre. a) Determina el reactivo limitante si se mezclan 3 moles de FeS2 y 10 moles de oxígeno. b) ¿Cuántos moles de óxido de hierro

(III) y dióxido de azufre se formarán? c) Se hacen reaccionar 100 g de FeS2 con 5 moles de oxígeno ¿Qué masa de óxido de hierro (III) se formará?

17. ¿Qué volumen de ácido clorhídrico 0,2 M se necesitará para neutralizar 40 ml de hidróxido de potasio 0,5 M?

18. Se añaden 2,5 cm3 de una disolución 1,5 M de nitrato de magnesio sobre una disolución con suficiente cantidad de hidróxido de sodio con lo que se forma un precipitado de hidróxido de magnesio. ¿Cuál será la masa de dicho precipitado?

19. Determina la fórmula molecular de un insecticida formado por C, H y Cl si en la combustión de 3 g de dicha sustancia se han obtenido 2,72 g de CO2 y

0,55 g de H2O y su masa molecular es de 290 g/mol.

20. Se disuelven 100 mg de NaCl (PF=58,5) en 1 l de agua. Calcular, para la disolución resultante: a) Molaridad; b) % p/v; c) % p/p; d) ppm de NaCl; e) ppb de Cl (PF=35,5)

21. Expresar en % p/v y en molaridad, la concentración de una disolución de 350 mg de NaHCO3 (PF= 84,0) en 500 ml de agua.

22. Un comprimido de aspirina que pesa 0,600 g contiene 580 mg de ácido acetil salicílico (AAS) y el resto son excipientes. Calcular el contenido en AAS y expresarlo en % p/p.

23. Si 0,250 litros de una disolución acuosa con una densidad de 1,00 g/ml contiene 13,70 μg de pesticida, expresar la concentración del pesticida en: a) ppm; b) ppb.

24. Expresar, en ppm, la concentración de cloruro (PF=35,5) de una disolución de HCl 1,6x10-5 M.

25. Los nitratos (NO3-) en aguas de consumo pueden suponer un riesgo para la

salud si su concentración es superior a 10,0 ppm. ¿Será apta para consumo un

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agua que contenga una concentración de 0,0080 g/l de nitratos? 26. La concentración de glucosa (C6H12O6) (PF = 180,0) en sangre humana va

desde 80,0 mg/dl antes de las comidas, hasta 120,0 mg/dl después de las comidas. Calcular la molaridad de la glucosa en sangre antes y después de las comidas.

27. Calcular la concentración de Cr (PF = 52) en unidades de ppm para una disolución que es 10-4 M en dicromato potásico (K2Cr2O7).

28. Un frasco de HCl comercial (concentrado) tiene en su etiqueta la siguiente información: densidad (d=1,1850 g/ml); riqueza (36,5 % p/p en HCl); PF=36,5. a) Calcular la molaridad de esta disolución de HCl; b) ¿Cómo se prepararían, a partir de este clorhídrico comercial, 250 ml de HCl 1,00 M?

29. ¿Qué volumen de agua se debe añadir a 300 ml de HNO3 0,250 M para obtener HNO3 0,200 M?

30. Calcular la normalidad y la molaridad de una disolución de ácido sulfúrico del 26% p/p de riqueza y de densidad 1,190 g/ml. ¿Qué cantidad de agua habrá que añadir a 200 ml de dicho ácido para obtener una disolución 2,00 N?

31. Una disolución de CaCl2 2,00 M tiene una densidad de 1,080 g/ml. Calcular a) el porcentaje p/p de cloro en la disolución; b) la fracción molar del CaCl2. Datos: PF (H2O)=18,0; PF (Cl) =35,5; PF (CaCl2)=111,0

32. Disponemos de un matraz que contiene 200 ml de una disolución de Fe3+ (PF = 55,9) de 50 ppm. Si de esta disolución, se toma 1 ml y se lleva hasta 25 ml en un matraz aforado, ¿Cuál es la concentración molar de Fe3+ de esa nueva disolución?

33. ¿Cómo prepararía las siguientes disoluciones?: a) 1,5 litros de NaOH (PF=40) 1,00 M; b) 250 ml de NaOH 0,01 M a partir de la disolución anterior; c) 200 ml de NaCl (PF=58,5) 0,05 M a partir de una disolución al 5% p/v.

34. ¿Cómo prepararía las siguientes disoluciones?: a) 1,5 L de bicarbonato sódico (PF=84) 1,00M; b) 50 mL de NaHCO3 0,10 M;

35. ¿Qué peso de agua debe emplearse en disolver 25,00 g de NaCl, para obtener una disolución al 8% p/p?

36. A partir de una disolución comercial de ácido nítrico (70,5 % p/p; d=1,42 g/ml; PF=63). Calcular: a) Su concentración molar; b) El volumen de dicha disolución que debemos tomar para preparar 1 l de ácido nítrico 0,01 M; c) Las ppm de HNO3 contenidas en la disolución del apartado anterior; d) Las ppm de N (PF=14) que contiene dicha disolución.