Cambios de Fase Del Agua

LABORATORIO DE TÉRMICASCAMBIOS DE FASE DEL AGUA

1

CAMBIOS DE FASE DEL AGUA

1. INTRODUCCIÓN

1.1. ANTECEDENTES

Se llama cambio de fase (estado agregado) de una sustancia al paso de una fase a otra que coexiste con la primera.

Estos procesos tienen importantes aplicaciones en la rama térmica, como por ejemplo en centrales térmicas de vapor, sistemas de refrigeración y centrales termonucleares.

1.2. OBJETIVOS

Mediante el seguimiento experimental de procesos de cambio de fase del agua a través de la medición de temperatura, tiempo, masa y parámetros de consumo energético, consolidar los conceptos vinculados con los cambios de fase a través de la cuantificación experimental del calor latente y calor sensible.

1.3. FUNDAMENTO TEÓRICO

Como antecedimos a un principio los estados de la materia son términos tecnológicos que usamos que además son las más accesibles y comunes.

A continuación presentaremos en forma directa la aparición de los tres estados y su evolución:

Fig. 1.1 Fases comunes de una sustancia y cambios de estado


2

Los cambios de fase vienen asociados con una ganancia o rechazo de calor de la sustancia; en cuyos cambios progresivos de fase conviven dos o más fases de la sustancia, la naturaleza de estos cambios viene explicitada a través de diagramas característicos para cada sustancia.

Cuadro 1.1 Ejemplos de los tres estados

Estas fases vinculadas con la naturaleza de interacción y ordenamiento molecular de las sustancias

1.3.1 FUSIÓN Y SOLIDIFICASIÓN

Cuando se le comunica calor a un sólido cristalino, su temperatura aumenta progresivamente y al alcanzar un determinado valor se produce la transición o cambio de fase del estado sólido al líquido que denominamos fusión. Si las condiciones de presión exterior se mantienen constantes, el cambio de fase se verifica a una temperatura fija o punto de transición entre ambos estados, que se mantiene constante hasta que el sólido se ha fundido totalmente.

El calor que debe suministrarse a la unidad de masa de un sólido para convertirlo en líquido a la temperatura de fusión se denomina calor de fusión lf. En el agua lf vale 80 cal/g o su equivalente en unidades s.f.: 3,34 · 105 J/kg.

La solidificación es la transición de líquido a sólido que se produce de forma inversa a la fusión, con cesión de calor. Cualquiera que sea la sustancia considerada el punto o temperatura de transición entre dos estados o fases de la materia es el mismo independientemente del sentido de la transformación. La disminución progresiva de la temperatura del líquido hace que en las proximidades del punto de solidificación las fuerzas de enlace vayan imponiendo progresivamente su orden característico.

1.3.2. VAPORIZACIÓN Y CONDENSACIÓN

Constituyen dos procesos inversos de cambio de estado. La vaporización es el paso de una sustancia de la fase líquida a la fase de vapor o fase gaseosa. La condensación es la transición de sentido contrario. Cuando la vaporización se efectúa en el aire recibe el nombre de evaporación. La evaporación afecta principalmente a las moléculas de la superficie del líquido.


3

Cada molécula de la superficie está rodeada por un menor número de sus compañeras; ello hace que puedan vencer con más facilidad las fuerzas atractivas del resto del líquido e incorporarse al aire como vapor. De ahí que cuanto mayor sea la superficie libre del líquido tanto más rápida será su evaporación.

Todo proceso de vaporización implica la absorción de calor por parte del líquido respecto del entorno. La cantidad de calor necesaria para transformar la unidad de masa de un líquido en vapor, a la temperatura de ebullición, se denomina calor de vaporización lv. En el agua lv vale 540 cal/g o, en unidades s.f.: 22,57 · 105 J/kg.

La condensación como transición de vapor a líquido se lleva a efecto invirtiendo las condiciones que favorecen la vaporización. Así, mientras que la disminución de la presión exterior facilita la vaporización, la compresión del vapor formado facilita la condensación; el aumento de temperatura de un líquido provoca su vaporización e, inversamente, el enfriamiento del vapor favorece su condensación.

En términos moleculares, tanto el aumento de presión como la disminución de la temperatura del vapor reducen la distancia media de las moléculas y hacen posible su unión.

1.3.3. SUBLIMACIÓN

Aunque es un fenómeno poco frecuente a la temperatura y presión ordinarias, algunas sustancias como el yodo o el alcanfor pueden transformase directamente de sólido a vapor sin necesidad de pasar por la fase intermedia de líquido. A tal fenómeno se le denomina sublimación.

La transición o cambio de estado de sentido inverso se denomina de igual manera, por ello a veces se distinguen ambas llamando a la primera sublimación progresiva y a la segunda sublimación regresiva.

En principio, cualquier sustancia pura puede sublimarse, pero debido a las condiciones de bajas presiones y temperaturas a las que es posible esta transición, el fenómeno sólo es reproducible, para la mayor parte de las sustancias, en el laboratorio.

Al igual que la fusión y la vaporización, también la sublimación (progresiva) absorbe una

determinada cantidad de calor. Se denomina calor de sublimación ls a la cantidad de calor

necesaria para sublimar la unidad de masa de una sustancia.

1.3.4. CALOR LATENTE DE FUSIÓN

El cambio de fase de sólido a líquido se llama fusión y la temperatura a la cual este cambio ocurre se le llama punto de fusión.

La cantidad de calor necesario para fundir una unidad de masa de una sustancia a la temperatura de fusión se llama calor latente de fusión.

1.3.5. CALOR LATENTE DE VAPORIZACIÓN


4

El cambio de fase de líquido a vapor se llama vaporización y la temperatura asociada con este cambio se llama punto de ebullición de la sustancia.

El calor latente de vaporización de una sustancia es la cantidad de calor por unidad de masa que es necesario para cambiar la sustancia de líquido a vapor a la temperatura de ebullición.

Cuando cambiamos la dirección de la transferencia de calor y ahora se quita calor, el vapor regresa a su fase líquida, a este proceso se le llama condensación, el calor de condensación es equivalente al calor de vaporización.

Así mismo cuando se sustrae calor a un líquido, volverá a su fase sólida, a este proceso se le llama congelación o solidificación. El calor se solidificación es igual al calor de fusión, la única diferencia entre congelación y fusión estriba en si el calor se libera o se absorbe.

1.3.6. PRESIÓN DE VAPOR

La presión de vapor saturada de una sustancia es la presión adicional ejercida por las moléculas de vapor sobre la sustancia y sus alrededores en condiciones de saturación.

Fig1.3 Curvas de saturación en diagramas p-V-T y p-T

Fig. 1.4 Gráfica temperatura-tiempo para los cambios de fase del agua (A-B proceso de fusión, B-C proceso de

calentamiento, C-D proceso de evaporización


5

1.3.7. CALOR SENSIBLE (calor Ganado o perdido)

Se denomina así a la cantidad de calor que al entregarle o extraerle a una sustancia (sistema) le

aumenta o disminuye su temperatura, permaneciendo constante su FASE (FASE: Se llama así

estado sólido, o al estado líquido, o al estado gaseoso de una sustancia).

………EC. (1.1)

Donde:

Q, Es el calor entregado o extraído de la sustancia.

m, es la masa de sustancia

Cv, es el calor específico de la sustancia

t1, es la temperatura inicial de la sustancia

t2, es la temperatura final de la sustancia

1.3.8. COMBUSTIÓN

Se entiende por combustión, la combinación química violenta del oxigeno (o comburente), con determinados cuerpos llamados combustibles, que se produce con notable desprendimiento de calor.

Para que se produzca la combustión, las 3 condiciones ya nombradas deben cumplirse, es decir que sea: una combinación química, que sea violenta y que produzca desprendimiento de calor. Analizaremos una por una:

1) Debe haber combinación química, los productos finales una vez producida la combustión debe ser químicamente distintos a los productos iníciales.

2) La combinación química debe producirse violenta e instantáneamente. Ej. : Una lamina de hierro colocada en la intemperie se va a oxidar lentamente, luego de cierto tiempo, al combinarse con el oxigeno del aire. Pero esto no es combustión sino oxidación, porque el desprendimiento de calor se produce muy lentamente después de un tiempo.

3) Debe haber un desprendimiento de calor, se debe liberar cierta cantidad de calor.

1.3.9. CLASIFICASIÓN DE COMBUSTIBLES

1.3.9.1 COMBUSTIBLES SÓLIDOS

El proceso de combustión de estos combustibles difiere bastante con respecto a los combustibles líquidos y los gaseosos.


6

La buena o mala combustión del sólido depende de la facilidad del acceso del aire ala diversas partículas del combustible. Estas deben estar distribuidas uniformemente sobre la superficie de combustión, no se debe encontrar amontonado o agolpado.

El proceso de combustión de un sólido está dividido en cuatro períodos o fases a saber:

a) Secado del combustible, al comenzar a recibir calor, el combustible se seca, evaporando la humedad que posee, convirtiéndose en vapor de agua.

b) La destilación, comienza cuando se ha evaporado toda la humedad del combustible. Este se compone de hidrocarburos más simples, comenzando a quemar los más volátiles (requieren menor temperatura de inflamación.

c) Al aumentar la temperatura debido a la combustión de los primeros hidrocarburos que queman se alcanzan las condiciones para que se quemen los hidrocarburos menos volátiles, casi todos los componentes activos del combustible.

d) Quemadas todas las sustancias volátiles, la llama se apaga. Quedando las cenizas del sólido, considerándose la escoria y los componentes inactivos.

Entre ellos podemos encontrar:

Maderas: utilizados como combustibles en bosques o en estufas hogareñas ( poder calorífico hasta 4500 cal / Kg. secos).

Carbones fósiles: cuantos más antiguos son los restos orgánicos y mayores presiones soportan, mayor es la cantidad del carbón.

Antracita: son los carbones más antiguos. Tienen gran contenido de carbono y pocos materiales volátiles y oxígeno. ( NS = 7800 a 8600 cal /kg ).

Hulla: son los carbones más utilizados en la industria, se distingue tres tipos: hulla seca, hulla grasa y la hulla magra.

Hulla seca: hornos de arrabio y en la producción de coque metalúrgico. ( NS = 7500 cal / kg.)

Hulla grasa: en la producción de gas alumbrado y coque. ( NS = 8300 a 8600 cal / kg.)

Hulla magra: desprende pocas materias volátiles. ( NS = 7900 a 8370 cal / kg.).

Todas las hullas son de color negro o gris oscuro.

Lignito: son combustibles que proceden de la carbonización natural de la madera. Al quemarse desprende el azufre provocando mal olor y daños en metales y estructuras. Hay dos tipos distintos:

Lignitos perfectos: más antiguos ( poder calorífico = 6000 cal / Kg. )

Lignitos leñosos: más jóvenes. ( poder calorífico = 5000 a 5700 cal /Kg.)


7

Turba: son carbones de menor calidad. De 3200 a 4000 cal / Kg. = NS.

Residuos orgánicos: son restos muy grasos comprendidos entre los carbones y el petróleo. Prácticamente no se utilizan.

Carbón vegetal o de leña: provienen de la carbonización de la madera . NS = 6000 a 7000 cal / Kg., no contiene azufre.

1.3.9.2. COMBUSTIBLES LÍQUIDOS

Al calentarse un combustible líquido, existe un período de destilación en el cual el líquido se descompone en diversos componentes volátiles.

Se cebe distinguir dos casos según la forma en que se queman. Si son suficientemente volátiles para que al calentarse emitan vapores en suficiente cantidad como para continuar ardiendo, se comporta como un combustible gaseoso. En tal caso se forma una mezcla de aire combustible, conservándose este último en estado líquido todavía, aunque finalmente pulverizado, constituyendo una mezcla carbónica. Por ejemplo esta mezcla se produce en un carburador de un motor a explosión.

El punto de inflamación es aquel para el cual el líquido desprende materias volátiles inflamables.

Cuando la temperatura y la presión alcanza determinado valor la propagación del frente de combustión se hace más rápida que en condiciones normales.

Los combustibles líquidos presentan, en general, mejores condiciones que los sólidos para entrar en combustión. Los combustibles líquidos son sustancias que se las obtienen por destilación, ya sea del petróleo crudo o de la hulla.

Sometiéndolos a procesos térmicos se puede obtener mayor diversidad de productos derivados.

1.3.9.3. COMBUSTIBLES LÍQUIDOS ARTIFICIALES

PETROLEO:

El petróleo, llamado también oro negro, se ha formado en épocas muy remotas. Su origen responden a restos fósiles, depositados en las profundidades.

Los petróleos están constituidos por distintos hidrocarburos, de distintos grados de densidad y volatilidad. La diversidad en las proporciones en los elementos que los componen, hacen que difieran fundamentalmente las características del petróleo obtenido en lugar con respecto al obtenido en otro sitio.

Si la destilación primaria y secundaria a la que se somete el petróleo se obtiene una gran diversidad de subproductos, los principales de los cuales se indican en el cuadro siguiente conjuntamente con el uso al que se los destina.

Nafta: Es un combustible altamente volátil, muy inflamable y es utilizado, sobre todo, como combustible para motores a explosión. Su poder calorífico es 11000 cal / Kg.


8

Kerosene: Constituye un derivado menos volátil e inflamable que la nafta. Su poder calorífico es de 10500 cal / Kg. Se utiliza en calefacción y en las turbohélices y reactores de las turbina de gas de los motores de aviación.

Gas-oil: es denso, menos volátil que el petróleo. Su poder calorífico es igual a 10250 cal / Kg. Se lo utiliza mucho en calefacción y para hornos industriales y metalúrgicos.

Diesel-oil: es un subproducto obtenido de los derivados más pesados del petróleo. Se quema más lentamente que el gas-oil. Se utiliza sólo en motores Diesel lentos en los cuales el combustible dispone más tiempo para quemar. Su poder calorífico es de 11000 cal / Kg.

Fuel-oil: es un subproducto obtenido de los derivados más pesados del petróleo. Se quema con dificultad. Su poder calorífico es igual a 10000 cal / Kg.

Alquitrán de hulla: es un subproducto obtenido de la fabricación del coque. Puede quemar directamente pero se lo utiliza poco como combustible, usándolo sólo en hogares especiales para este, que puedan vencer la viscosidad del mismo. Su poder calorífico es de 9100 cal /Kg.

Alquitrán de lignito: se lo obtiene de la destilación del lignito. Su poder calorífico es 9600 cal / Kg. Es muy similar al gas-oil, pero al utilizarlo en motores diesel, su comportamiento es muy inferior del de los derivados del petróleo.

Alcoholes: pueden quemar muy fácilmente. Tienen diversos orígenes (derivaciones de: petróleo, vino, papas, etc.). los alcoholes puros, como combustibles tienen muy poco uso. Su mayor empleo esta en la fabricación de mezclas con benzol, bencina o naftas con objeto de mejorar la calidad de las mismas.

1.3.9.4. COMBUSTIBLES GASEOSOS

El estado gaseoso de los combustibles es que mayor facilidad brinda para que se produzca una eficiente combustión, la cual recibe el nombre de explosión. Si la presión o la temperatura, alcanza un valor por arriba de un límite determinado, la propagación adquiere valores muy grandes y deja de ser una explosión para ser una detonación, en la cual la velocidad de la reacción química que se produce sea mucho mayor.

La velocidad de propagación en una onda detonante, para una combustión de hidrógeno y oxígeno puro alcanza un valor 2000 m/seg..

El punto de inflamación de una mezcla esta dado por la temperatura:

Para el acetileno 425 ºC

Para el metano 700 ºC

Para el hidrógeno 585 ºC

Para el óxido de carbono 650 ºC

Los combustibles gaseosos son los que mejores condiciones tienen para entrar en combustión.


9

Gas natural: Es el gas que se obtiene directamente de los yacimientos petrolíferos. Este gas es el encargado de empujar al petróleo a la superficie. Su uso es muy utilizado en los alrededores de los yacimientos. Su poder calorífico es de 9500 cal / m3.

Gas de alumbrado: Se lo denomina también gas de hulla. Se lo obtiene de la combustión incompleta de la hulla. Por cada 100 Kg. de carbón que se carbonizan, se obtienen unos 30 ó 35 metros cúbicos de gas de alumbrado. Es un excelente combustible, usado principalmente para usos domésticos y para pequeños hornos industriales. Su precio es elevado. Su poder calorífico es de entre 4380 y 5120 cal / m3 .

Acetileno: Se obtiene del tratamiento del carburo de calcio del agua. Es un excelente combustible. Su poder calorífico es superior a 18000 cal / m3 .

Gas de agua: Se obtiene haciendo pasar vapor de agua a través de una masa de carbón de coque incandescente. Su poder calorífico es de 2420 cal / m3 .

Gas de aire: Se lo obtiene haciendo pasar aire por un manto de hulla o lignito incandescente de gran espesor. Su poder calorífico es de 1080 cal / m3 .

Gas pobre o mixto: se lo obtiene haciendo pasar una corriente de aire húmedo, es decir, una mezcla de aire y vapor de agua a través de una masa de gran espesor de hulla o lignito incandescente. Tiene un poder calorífico de entre 1200 y 1500 cal / m3.

Gas de altos hornos: Se obtiene de los hornos de fundición. Al cargar un alto horno con mineral para obtener lingotes de hierro, se desprende una serie de gases que salen parcialmente quemados y pueden ser posteriormente utilizados en la misma planta industrial como combustible.

1.3.10. COMPOSICIÓN Y REACCIONES QUIMICAS BASICAS QUE SE PRODUCEN EN LA COMBUSTIÓN.

a) el carbono cuando se quema con suficiente aire produce anhídrido carbónico. Estose llama combustión completa del carbono.

C + O2 C02 + calor carbono oxígeno anhídrido carbónico 7.818 Kcal/Kg

b) al quemar el carbono con menos aire que el anterior, da origen al monóxido decarbono. Se dice entonces que la combustión es incompleta:

C + 1/2 O2 CO + calor carbono oxígeno monóxido carbónico 2.185 Kcal/Kg c) El hidrógeno se quema produciendo agua

2H2 + O2 2H2O – calor hidrógeno oxígeno agua -33.944 Kcal/Kg

d) el azufre quema dando anhídrido sulfuroso

S + O2 S02 + calor


10

e) el nitrógeno no quema pues es un gas inerte y no contribuye a la combustión.

2. METODOLOGÍA

Como es costumbre el el trabajo se realizo por grupos, en el Laboratorio de Máquinas Térmicas y se dispuso 0.5 kg de hielo con previa anticipación se hizo congelar por lo menos un día antes de la ejecución.

2.1. EQUIPO, MATERIAL E INSTRUMENTOS UTILIZADOS Termómetro de Mercurio Vaso de precipitado

Vidrio de reloj

Mechero

Pedestal

Mesa de trabajo

Balanza electrónica

Copa plástica

Alcohol

0.5 Kg. de hielo

Cronometro

DESCRIPCIÓN DE LOS INSTRUMENTOS DE ESTE LABORATORIO

INSTRUMENTO CARACTERISTICAS

PROBETA MARCA: Nahita

INDUSTRIA: -------------

COLOR: Cristal

UNIDAD: [ ml] mililitros

ALCANCE MAXIMO: 100 [ml]

ALCANCE MINIMO: 0 [ml]

SENCIBILIDAD : 1.0 [ml]

INCERTIDUMBRE : 0.5 [ml]

VASO DE PRECIPITADOS MARCA: -------------

INDUSTRIA: Germany

COLOR: Cristal

UNIDAD: [ ml] mililitros

ALCANCE MAXIMO: 200 [ml]

ALCANCE MINIMO: 0 [ml]


11

TRANSFORMADOR MARCA: Toyoba

INDUSTRIA: China

COLOR: Negro

UNIDAD: [Voltios]

ALCANCE MAXIMO: 12[V]; 500 [mA]

ALCANCE MINIMO: 3[V]; 0 [mA]

BALANZA DIGITAL MARCA: OHAUS

MODELO: CT200-S

INDUSTRIA: USA

COLOR: Blanco

UNIDAD: [ gr]

CAPACIDAD: 200*0.1 gr

SENSIBILIDAD: 0.01 gr.

INCERTIDUMBRE: ± 0.01 gr.

TERMÓMETRO DIGITAL MARCA: Cooper

MODELO: OFP450W

INDUSTRIA: ----------

COLOR: Amarillo

UNIDAD: [ C]; [ F] Grado centígrado y

Fahrenheit

ALCANCE MAXIMO: 232[°C], 450[°F]

ALCANCE MINIMO: -40 [ °C], -40 [°F]

TERMÓMETRO DE MERCURIO MARCA: Woodo

MODELO: ---------

INDUSTRIA: Japonesa

COLOR: Transparente

UNIDAD: [ C] Grado centígrado

CAPACIDAD: 200 [°C]

SENSIBILIDAD: 0.5 [°C]

INCERTIDUMBRE: ± 0.25 [°C]

Cuadro 2.1. Descripción de los instrumentos a utilizarse

2.2. MONTAJE DEL EXPERIMENTO


12

Fig. 2.1. Montaje del experimento

2.3. DESCRIPCIÓN DEL EXPERIMENTOEn la actividad experimental se realizo en el Laboratorio de Maquinas Térmicas utilizando los instrumentos citados anteriormente. Para la realización de la actividad experimental, se siguieron los siguientes pasos:

Para empezar el montaje del experimento se empezó, levantando todo lo que no se necesitaba de encima la mesa, para luego dejarlo limpio y solo este lo necesario.

Luego se realizó una descripción del funcionamiento de la balanza electrónica y sus conexiones a la tensión eléctrica.

Luego se deposito cierta cantidad de hielo a una jarra, para luego introducir el termómetro de mercurio y medir la temperatura de dicho termómetro.

Se procedió a depositar aproximadamente 100 gr de hielo en el vaso de precipitados Una vez teniendo el contenido del alcohol en el mechero, ya medido, se procedió a la

fusión del hielo controlando el tiempo de este proceso. Una vez ya completada la fusión del hielo, se procedió a apagar el mechero y

controlar el consumo del combustible producido en el proceso. Luego se procedió el mismo procedimiento para calentamiento del agua hasta su

ebullición controlando el tiempo y su consumo energético. Se procedió luego a hacer hervir el agua hasta que se evapore aproximadamente en

un tiempo de 10 minutos controlando el consumo energético de estos. Finalmente se prosiguió a la medición exacta del volumen del agua restante en la

probeta graduada. Luego se concluye el procedimiento desmontando el experimento y devolviendo los

instrumentos con mucha fragilidad.

2.4. REGISTRO DE DATOS

Fecha de realización: 13 de Abril de 2010 Lugar: Laboratorio de TérmicasHoras: 16:30-18:15 pm. Temp. Amb. : 16[°C]±0.1[°C]Grupo: 4

N°

Tiempo [seg]

±1[seg]

Temperatura[°C]

±0.1[°C]

Masa mechero[gr]

±0.01[gr]Observaciones

1 0 0 67.20 Condiciones iníciales antes de prender el mechero

2 18.01 22.8 41.03 En el primer proceso (fusión)

3 39.56 88.3 38.26 En segundo proceso (ebullición)


13

4 49.56 88.3 36.94 En el tercer proceso (evaporización)

Tabla 2.1. Registro de datos

2.5. CÁLCULOS

1. Construir el diagrama Temperatura-Calor de los procesos de cambio de fase del agua observados en el laboratorio y sobrepuesto en el mismo grafico la curva de comportamiento T-Q si el experimento se hubiese realizado en Santa Cruz.

Calculando la temperatura de ebullición en Santa Cruz:

Por tablas de vapor :

Fuente: Tabla A-12 propiedades del agua –Termodinámica de Wark 6ta Edición-Pág.946 Tabla 2.2. Presión y temperatura

Interpolando se tiene T (ºC) = 98.55 [ºC]

Fuente: Cartas del libro Carlos García-Termodinámica 6ta edición Edición: Alsina, Buenos Aires-Dubli

Tabla 2.3. Temperaturas de ebullición y de fusión

Para encontrar la temperatura utilizando el mismo tiempo si se hubiese hecho en Santa Cruz es:

T (ºC)=33.4 (ºC)

)(**2 TcmQ vOH

……….EC. (2.1.)

PARA ORURO

: 1.4 a 25 ºC y 1 atm

Por interpolación:

: .0.91 a 30ºC y 0.65 atm.

P [bar.] T [°C]0.8455 950.9649 X?1.0135 100

Oruro [°C] Santa Cruz [°C]

Temp.de ebullición 87 98.55

Temp. de fusión 30 Y?


14

PARA SANTA CRUZ

: 1.4 a 25 ºC y 1 atm

Por interpolación:

: .1.35 a 33ºC y 0.95 atm.

Tabla 2.4. Comparación temp. y calor en Oruro-Santa Cruz

Cuadro 2.2. Comparaciones T-Q de Oruro y Santa Cruz

2. Calcular la temperatura de los procesos de combustión cuando abandonan su contacto con la superficie de intercambio de calor del vaso de precipitados, a partir de esto calcular la cantidad de energía del combustible no utilizada. Asumir que la combustión en el mechero es estequiométrica.Calor generado por la combustión:

Fig.2.2 Combustión

La reacción química será:

Oruro Santa CruzQ [KJ] T [°C]±0.01[°C] Q [KJ] T [°C]±0.01[°C]

0 0 0 049.89 30 49.98 3393.53 88 100.9 98.55


15

Relación aire combustible:

…………EC (2.2)

Se necesita por 1kg de combustible 8.98 kg de aire.

Para una

La masa de los productos de combustión será:

………………..EC (2.3)

0.3256kg.

Cálculos de los calores específicos en su % indicado:

Relación de Calores específicos de los productos de combustión:

De la ecuación (1.1) tenemos:

………..EC (2.4)

Despejando se tiene:


16

3. Calcular el rendimiento del sistema en los procesos observados.

mhielo =100.21 gr ± 0.01 malcohol =32.63 gr ± 0.01

Primer proceso de fusión

Segundo proceso de ebullición

Tercero proceso de vaporización

CALCULO DE LA INCERTIDUMBRE

………………..ec.(2.2)

………………..ec.(2.3)

… ……………..ec.(2.4)

………………..ec. (2.5)

………………..ec. (2.6)


17

………………..ec.(2.7)

………………..ec.(2.8)

Finalmente:

Fusión= 33.5 ebullición = 28.67 Vaporización =28.72

Calcular del rendimiento del sistema en los procesos observados:

………EC.(2.9)

Primer proceso

Segundo proceso

Tercer proceso

2.6. RESULTADOS

A continuación se muestra los resultados de todos los cálculos realizados en el laboratorio:1. Comparación de temperatura y calor en Oruro y Santa Cruz

2. Temperatura de los productos de combustión cuando abandonan su contacto con la superficie de intercambio de calor del vaso de precipitados:

3. Resultados del rendimiento del sistema en los procesos observados:

Oruro Santa CruzQ [KJ] T [°C]±0.01[°C] Q [KJ] T [°C]±0.01[°C]

0 0 0 049.89 30 49.98 3393.53 88 100.9 98.55


18

3. DISCUSIÓN E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS

- Al comparar los cálculos con el diagrama que esta en los anexos observamos que mientras no

desaparece el hielo esta en el rango entre liquido saturado es decir que la calidad no pasa mas

del 0.5 lo mismo ocurre para la presión cuando llega a la máxima temperatura de ebullición, es

así que esta dentro de los conceptos de tablas de vapor del agua.

-En el experimento la probeta tuvo una pequeña fuga ya que el reloj de vidrio no encerró del

todo al vaso , es así que pudiera bajar el rendimiento ideal que se calculo por lo menos en un 5

a 10%.

4. CONCLUSIONES

Respecto al calor que tiene cada uno de los componentes de este laboratorio vemos que el

calor que produce el mechero es mayor a la del agua, claro esta que el agua no esta

produciendo pero el calor aportado por el mechero no es del todo al 100 %la transferencia de

calor es entonces la variación del diagrama T-Q.

-Debido a la diferencia de presiones que existe entre Oruro y Santa Cruz también existe esa

variación de temperatura de ebullición.

5. BIBLIOGRAFÍA

Doolitle J.S., El Laboratorio del Ingeniero Mecánico, Edit. Hispanoamericana, Buenos Aires, Argentina, 1971.

Faires Moring Virgil, Termodinámica, Edit. Hispanoamericana, España, 1978.

Microsoft Encarta 2008 , Calor Microsoft, USA., 2008http://www.hayas.edu.mx/bach/quimica/cambios_de_fase.htm ACCESO EN 2010-04-08

Proceso Calor [KJ] ± Incertidunbre

Fusión 106,65 33.5Ebullición 122,65 28.67Vaporización 176.00 28.72

http://www.hayas.edu.mx/bach/quimica/cambios_de_fase.htm%20ACCESO%20EN%202010-04-08


19

6. ANEXOS

GASES QUE CONTRIBUYEN AL EFECTO INVERNADERO

TIPO DE GAS CONCENTRACIÓN ACTUAL CONTRIBUCIÓN EN ºC

Vapor de agua Entre 0 y 4% 20.6

Dióxido de carbono 360 ppm2 7.2

Ozono 0.03 ppm 2.4

Óxido de nitrógeno 0.3 ppm 1.4

Metano 1.7 ppm 0.8

Otros1 ± 2 ppm 0.6

Notas: 1CFC sobre todo 2Partes por millón Datos de 2001


20


21


22


23

Cambios de Fase Del Agua

Documents

Transcript of Cambios de Fase Del Agua