PRUEBA DE EVALUACIÓN ESTUDIANTIL COMPETENCIAS ESPECÍFICAS - FIN DE CARRERA PERÍODO 2013-B 14 NOVIEMBRE

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1 ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y AGROINDUSTRIA CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA PRUEBA DE EVALUACIÓN ESTUDIANTIL COMPETENCIAS ESPECÍFICAS - FIN DE CARRERA PERÍODO 2013-B 14 NOVIEMBRE Nombre:. CI:.. LEA ATENTAMENTE LA SIGUIENTE INFORMACIÓN: Escriba su nombre, su número de cédula y la fecha en los espacios indicados. Esta prueba evalúa las competencias específicas que debe tener un estudiante avanzado de Ingeniería Química. La duración del examen es de dos horas. Las preguntas son de selección múltiple y solo puede haber una respuesta correcta El examen contiene 30 preguntas DE SELECCIÓN MÚLTIPLE con una valoración total de 50 puntos. Las preguntas 1 a la 10 tiene una valoración de 1 punto. Las preguntas 11 a la 30 tiene una valoración de 2 puntos. ENCIERRE EN UN CÍRCULO EL LITERAL CORRESPONDIENTE. Todas sus respuestas debe escribir con esferográfico. Solo hay una respuesta correcta NO REALICE NINGÚN TIPO DE CÁLCULO EN LAS HOJAS DE PREGUNTAS. Al final del cuestionario encontrará páginas en blanco para que resuelva los ejercicios. Todas sus respuestas debe escribir con esferográfico. NO se admiten borrones, rectificaciones o enmendaduras. No se permite el uso de teléfono celular. Apague su teléfono y guárdelo lejos de usted, en el lugar indicado para tal efecto. Si este llegara a activarse en su poder se considerará como trampa y se retirará el examen, al que se asignará la calificación de CERO. Solo se permite el uso de calculadoras no programables, que no dispongan de memoria permanente. Durante todo el examen no podrá intercambiar ningún material con ninguna persona. Página 1 de 6

2 Preguntas de la 1 10 valen 1 punto 1. La solución de la ecuación diferencial: con las siguientes condiciones iniciales a) b) c) d) 2. El cambio en entropía de un sistema S sis que sufre un proceso cíclico irreversible es: a) Mayor que 0 b) igual a 0 c) menor a 0 d) igual a S alrrededores 3. Evalúe (C es la constante de integración): a) b) c) d) 4. Se reemplaza el relleno de una columna de absorción con un tipo de relleno nuevo. Se mantienen igual que la columna original: la altura del relleno y las condiciones a la salida. Durante los experimentos se determina que el número de unidades de transferencia (NTU) es menor. Esto indica que la torre con el nuevo relleno comparada con la torre con el relleno antiguo: a) Tiene mayor tasa de absorción del soluto de la corriente gaseosa b) Tiene una menor tasa de absorción del soluto de la corriente gaseosa c) Tiene la misma tasa de absorción del soluto de la corriente gaseosa d) Tiene menor altura unidades de transferencia 5. Cuál de los siguientes esquemas representa el ciclo de Carnot (máquina ideal)? P v T s v T s P a) b) c) d) 6. El límite de es: a) -1 b) 0 c) 1 d) 7. Se somete a secado a un producto por un largo periodo de tiempo con una corriente de aire que tiene una humedad relativa constante y diferente de cero. El contenido de agua que eventualmente queda retenido en el producto se denomina: a) Humedad libre b) humedad ligada c) humedad no ligada d) humedad de equilibrio 8. En un reactor batch, se lleva a cabo una reacción isotérmica en fase líquida: A B (k = 0,5 kgmol/m 3 s). La concentración inicial de A es 2 kgmol/m 3. Cuál será la concentración de A en kgmol/m 3 después de 3 segundos de iniciada la reacción? a) 1,5 b) 2,0 c) 0,5 d) 0,6 Página 2 de 6

3 9. Relacione el Grupo I con el Grupo II según corresponda GRUPO I GRUPO II P. Viscosidad I. Pirómetro Q. Presión II. Anemómetro de hilo caliente R. Velocidad III. Reómetro S. Temperatura IV. Elemento Piezoeléctrico a) P-IV, Q-III, R-I, S-II b) P-III, Q-IV, R-I, S-II c) P- III, Q- IV, R-II, S-I d) P-IV, Q-III, R-II, S-I 10. Si entonces es: a) b) c) d) 1 Las preguntas de la 11 a la 30 tienen una valoración de 2 puntos 11. A través de una boquilla fluye agua y sale hacia el ambiente, tal como se indica en la figura. La relación entre el diámetro de la boquilla en el punto 1 y 2 es D 1 = 4D 2. La velocidad media de la corriente en el punto 2 es 16 m/s y la pérdida por fricción entre el punto 1 y 2 es Pa. Si se asume que el flujo es turbulento en estado estacionario, la presión manométrica en kpa, en el punto 1 es: 1 2 Salida al ambiente a) 137,5 kpa b) 375,2 kpa c) 745,7 kpa d) 284,9 kpa 12. Relacione los ítems del Grupo I, con los del Grupo II. GRUPO I GRUPO II A. Ziegler Nichols 1. Curva de un proceso de reacción B. Respuesta subamortiguada 2. Tasa de decaimiento C. Control por retroalimentación 3. Frecuencia de respuesta 4. Medición de la perturbación a) A 3, B 2, C 4 b) A 1, B 2, C 3 c) A 3, B 4, C 2 d) A 1, B 4, C Una mezcla equimolar de dos especies 1 y 2 están en equilibrio con su vapor a 400 K. A esta temperatura, la presión de vapor de las especies es P 1 sat = 180 kpa; y P 2 sat = 120 kpa. Si se asume que la Ley de Roult es válida, el valor de y 1 es: a) 0,30 b) 0,41 c) 0,50 d) 0,60 Página 3 de 6

4 14. Una mezcla binaria está en equilibrio con su vapor a una temperatura T = 300 K. La fracción molar x 1 de la especie 1 es 0,4; el exceso de energía libre de Gibbs molar es 200 J/mol. El valor de la constante universal de gases es 8,314 J/mol K; y ϫ i denota el coeficiente de actividad en fase líquida de la especie i. Si ln(ϫ 1 ) = 0,09, entonces el valor de ln(ϫ 2 ) es más cercano a: a) 0,07 b) 0,04 c) 0,09 d) 0, Un secador rotatorio es empleado para secar 1200 kg/h de un producto que tiene el 30% de humedad en base húmeda para obtener un producto con el 15 % de humedad en base húmeda. Alternativamente, se puede reciclar una parte del producto y mezclar con la alimentación fresca de tal manera que la corriente que entra al secador tienen una humedad del 20% en base húmeda. Cuál será el flujo de evaporación en kg agua /h para el secador cuando opera sin reciclo y con reciclo, respectivamente? a) 211,76 y 2400 b) 211,76 y 600 c) 256,5 y 2400 d) 256,5 y En un separador vibratorio, los flujos de alimentación normal, sobre-flujo y bajo-flujo son: 150, 140 y 10 kg/h respectivamente. Las fracciones másicas en la alimentación y en el sobre-flujo son 0,9 y 0,96 respectivamente. La efectividad de la separación medida en porcentaje es: a) 32 b) 42 c) 52 d) La siguiente figura indica sistema de control en cascada para el control de presión. El transmisor de presión tiene un rango de 0 a 6 bar (g) y el transmisor de flujo tiene un rango de 0 a 81 m 3 /h. El flujo normal a través de la válvula es 32,4 m 3 /h con el cual se ha fijado el set point de la válvula en 1 bar(g) de presión; y para dar dicho flujo la válvula debe estar abierta un 40%. La válvula de control tiene características lineales y es fail-open (al fallar la señal, se abre totalmente). El error, el set point y la variable de control están expresadas como porcentaje de salida del transmisor (%TO). La ganancia proporcional está expresada como unidades de porcentaje de salida del controlador (CO/%TO). SP PC PT FC FT GAS AC Los tipos de acción para los dos controladores son: a) Acción directa para el controlador de presión y acción directa para el controlador de flujo b) Acción indirecta para el controlador de presión y acción indirecta para el controlador de flujo c) Acción directa para el controlador de presión y acción indirecta para el controlador de flujo d) Acción indirecta para el controlador de presión y acción directa para el controlador de flujo 18. Bajo condiciones de flujo turbulento, la caída de presión por fricción a través de un lecho empacado varía con la velocidad superficial ( v ) del fluido de la siguiente manera: a) v -1 b) v c) v 3/2 d) v 2 Página 4 de 6

5 19. Para llevar aceite (gravedad específica = 0,8) de un tanque de almacenamiento hacia un tanque pulmón ubicado en el segundo piso, se emplea una bomba, la misma que entrega al fluido una energía mecánica de 50 J/kg. La velocidad en el punto de succión es 1m/s y la velocidad en el punto de descarga es 7 m/s. Si se asume que no hay pérdidas por fricción y que el factor de corrección de energía cinética es uno, Cuál será la presión desarrollada por la bomba en kn/m 2? a) 19,2 b) 20,8 c) 40 d) En una columna de destilación binaria, la alimentación tiene 40 % molar de vapor y 60 % molar de líquido. Con estos datos, la pendiente de la línea q, en el gráfico de McCabe Thiele es: a) - 1,5 b) -0,6 c) 0,6 d) 1,5 21. El calor específico del aire seco y del vapor de agua son 1,005 y 1,88 kj/kg K respectivamente. En un sistema en el que se conserva la energía, 1 kg/s de aire a 30 ºC con una humedad absoluta constante de 0,02 kg agua /kg aire seco se calienta hasta 65 ºC. Se humecta el aire por aspersión de agua a la temperatura de bulbo húmedo del aire de tal manera que la mezcla de vapor-aire alcanza los 40 ºC. El calor latente de vaporización del agua a 70 ºC y 40 ºC es de 2334 y 2407 kj/kg, respectivamente. Cuál es la energía térmica (medida en kw) entregada por segundo durante el calentamiento? a) 18,2 b) 36,5 c) 101,0 d) 166,8 22. Un tanque de almacenamiento expuesto a la presión atmosférica (presión absoluta Pa = 10,3 m de agua) tiene un diámetro de 3 m. P a 2 m 5 m El tanque se llena inicialmente, hasta una altura de 2 m. Una bomba se coloca a una altura de 5 m desde el fondo del tanque. La pérdida por fricción de cabeza en la tubería de succión es de 2 m de agua. Si la presión de vapor del líquido a la temperatura de operación es 3 m de agua, entonces el valor de NPSH es: a) 2,3 m b) 5,3 c) 6,3 d) 8,3 23. Un evaporador de simple efecto se emplea para concentrar 500 kg/h de una solución 1,5% en peso de azúcar que entra a 50 ºC y sale del evaporador con una concentración de 2 % en peso de azúcar a 101,325 kpa. El vapor empleado está saturado a 169,06 kpa (115 ºC). El coeficiente global de transferencia es 1550 W/ m 2 K. El punto de ebullición de la solución se asume igual al del agua. El calor específico de la corriente de alimentación es 4,21 kj/ kg K. El calor latente del agua a 100 ºC es 2257,06 kj/kg y el calor latente del vapor a 115 ºC es 2216,52 kj/kg. Cuál es el área de transferencia de calor requerida para el proceso?. a) 6,9 m 2 b) 10,7 m 2 c) 13,9 m 2 d) 46,3 m Una válvula de control con una relación de reducción de 50:1, sigue iguales características porcentuales. El flujo del líquido a través de la válvula cuando se abre un 40% es de 1 m 3 /h. Cuál será el flujo en m 3 /h, si la válvula se abre un 50% y la caída de presión a través de la válvula no varía? a) 1,59 b) 1,25 c) 1,48 d) 1,10 Página 5 de 6

6 Preguntas con datos comunes. Valoración de 2 puntos cada una. Datos para las preguntas 25 y 26 A un reactor se alimenta metano y vapor de agua en una relación molar 1:2. Las siguientes reacciones se llevan a cabo: CH 4(g) + 2H 2 O (g) CO 2(g) + 4H 2(g) CH 4(g) + H 2 O (g) CO (g) + 3H 2(g) El CO 2 es el producto deseado, el CO es el producto no deseado y el H 2 es el subproducto. La corriente de salida tiene la siguiente composición: Especie CH 4 H 2 O CO 2 H 2 CO % Molar 4,35 10,88 15,21 67,39 2, La selectividad del producto deseado respecto del producto no deseado es: a) 2,3 b) 3,5 c) 7 d) La conversión fraccional del metano es: a) 0,4 b) 0,5 c) 0,7 d) 0,8 Datos para las preguntas 27 y 28 Un líquido A se descompone como se indica: A R r R = k 1 C A 2 k 1 = 0,5 m 3 / mol-s A S r S = k 2 C A k 2 = 1 s -1 En el CSTR en el cual ocurre la reacción, ingresa una corriente líquida con la siguiente composición: C Ao = 30 mol/m 3, y C So = 1 mol/m 3. La reacción se da en condiciones isotérmicas y estado estacionario. 27. Si la conversión de A es del 80%. Cuál será la concentración de R en la corriente de salida en mol/m 3 (expresado como el número entero más cercano)? a) 15 b) 30 c) 20 d) Cuál es el porcentaje de conversión de A (expresado como el entero más cercano) cuando la concentración de S en la corriente de salida es 11,8 mol/m 3? a) 75 b) 80 c) 85 d) 90 Datos para las preguntas 29 y 30 Un aceite caliente, a 150 ºC se emplea para precalentar un fluido líquido que ingresa a 30 ºC en un intercambiador de tubos y coraza 1:1. La temperatura de salida del aceite caliente es de 110 ºC. La capacidad calórica (medida como el producto del flujo másico y la capacidad calórica específica) de las dos corrientes es la misma. La carga energética es 2 kw. 29. Si se opera con corrientes paralelas, la resistencia global de transferencia de de calor (1/UA) en ºC/W es: a) 0,4 b) 0,04 c) 0,36 d) 0, Si se opera en contracorriente, la resistencia global de transferencia de de calor (1/UA) en ºC/W es: a) 0,4 b) 0,04 c) 0,36 d) 0,036 Página 6 de 6