Termodinámica y fenómenos de transporte
Termodinámica y fenómenos de transporte evalúa leyes de la energía y la entropía, equilibrio de fases y transporte de momento, calor y masa. El examen relaciona propiedades, ecuaciones de estado y coeficientes de transporte con equipos reales.
Conceptos centrales
- Primera ley en sistema abierto: la energía cambia por calor, trabajo y flujos de entalpía.
- Segunda ley: la generación de entropía es no negativa; la eficiencia de Carnot es el límite térmico.
- Equilibrio líquido-vapor: igualdad de fugacidades; para mezclas ideales, ley de Raoult; para solutos diluidos, ley de Henry.
- Transporte: ley de Fourier para calor, ley de Fick para masa y ley de Newton para momento. El flujo es proporcional al gradiente negativo.
- Números adimensionales: Reynolds, Prandtl, Schmidt y Nusselt describen régimen y analogías.
Ejemplo resuelto
Una mezcla ideal benceno-tolueno a 90 °C tiene presiones de vapor de 136 kPa y 54 kPa. Con x_benceno = 0.40, la presión de burbuja es P = 0.40(136) + 0.60(54) = 54.4 + 32.4 = 86.8 kPa. La fracción molar en vapor es y_benceno = 0.40(136)/86.8 = 0.627. La suma de fracciones en el vapor debe ser uno; si se especifica P en lugar de T, se itera la temperatura.
Errores que cuestan puntos
- Usar °C en ecuaciones de estado o en la ecuación de Arrhenius.
- Mezclar presión absoluta y manométrica.
- Aplicar Raoult a mezclas fuertemente no ideales sin coeficientes de actividad.
- Confundir difusividad con conductividad térmica.
- Ignorar el signo del gradiente o la dirección del flujo.