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UNIVERSIDAD DE CARABOBO FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA LABORATORIO DE INGENIERIA QUIMICA LABORATORIO DE CONTROL DE PROCESOS QUÍMICOS INFORME 1 INSTRUMENTACIÓN Y MEDICIÓN DE VARIABLES EN EL LABORATORIO DE CONTROL DE PROCESOS QUÍMICOS Prof.: Evelyn Yamal Sección: 01 Grupo: 01

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cálculos importantes para ingenieria

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UNIVERSIDAD DE CARABOBOFACULTAD DE INGENIERAESCUELA DE INGENIERA QUMICALABORATORIO DE INGENIERIA QUIMICALABORATORIO DE CONTROL DE PROCESOS QUMICOS

INFORME 1INSTRUMENTACIN Y MEDICIN DE VARIABLES EN ELLABORATORIO DE CONTROL DE PROCESOS QUMICOS

Prof.: Evelyn Yamal Seccin: 01 Grupo: 01 LUGO, Alberto LUJANO, Eduardo PATIO, Karelys

Valencia, 15 de diciembre de 2014Objetivo generalAdquirir prctica y conocimiento en el manejo de instrumentos presentes en el Laboratorio de Control de Procesos Qumicos, as como las variables que interfieren durante el proceso de medicin.Objetivos especficos. Determinar las dimensiones (espesor, dimetro interno y dimetro externo) de dos muestras de tuberas usando un vernier. Determinar la viscosidad de un fluido utilizando el viscosmetro de torsin de Brookfield. Determinar la viscosidad del agua y el alcohol isoproplico empleando el viscosmetro de Ostwald. Determinar la presin en el Laboratorio de Control de Procesos Qumicos mediante un barmetro. Determinar la temperatura ambiente en el Laboratorio de Control de Procesos Qumicos mediante el uso de un termmetro de mercurio. Determinar la densidad de una muestra de alcohol, empleando un densmetro. Calcular la densidad de una muestra de alcohol a travs de un picnmetro de 25mL y la balanza analtica digital.

DIAGRAMA DEL EQUIPO

Figura 1. Viscosmetro de Brookfield del Laboratorio de Control de Procesos QumicosFigura 2. Viscosmetro de Ostwald del Laboratorio de Control de Procesos

Figura 4. Vernier del Laboratorio de Control de Procesos QumicosFigura 3. Densmetro del Laboratorio de Control de Procesos Qumicos

Figura 6. Balanza analtica del Laboratorio de Control de Procesos QumicosFigura 5. Picnmetro del Laboratorio de Control de Procesos Qumicoss

DATOS Y RESULTADOS EXPERIMENTALESTABLA I. MEDICIN DE LA DENSIDAD () DE UNA MUESTRA DE ALCOHOL ISOPROPLICO MEDIANTE EL USO DE UN DENSMETRO. Densmetro Gravedad Especfica ERTCO,USA 12907 ( 0,01)

0,85

0,85

0,85

TABLA II: MEDICIN DE LA PRESIN BAROMTRICA P (mmHg) EN EL LABORATORIO DE CONTROL DE PROCESOS QUMICOS HACIENDO USO DEL BARMETRO.Presin de barmetro (P 0,05) mmHg (corregida) Termmetro (T0,5)

708,9226

709,6526

708,6226

709,9726

TABLA III. DETERMINACIN DE LA VISCOSIDAD DE UN FLUIDO A TRAVS DEL USO DEL VISCOSMETRO DE BROOKFIELD.Fluido de trabajoVelocidad(R 1) rpmViscosidad( 0,1) cPPorcentaje de torque(P 0,5) %Spin

glicerina100123,610,263

100204,668,162

20222,074,861

Temperatura ambiente: (26,0 0,5) C Presin ambiente: (709,97 0,05) mmHgRango: (0-100) % Apreciacin: 0,5 %

Tabla IV. VALORES EXPERIMENTALES PARA LA DETERMINACIN DE LAS DIMENSIONES DE DIFERENTES MUESTRAS, EMPLEANDO EL VERNIER.

MuestraDimetro externo(Do 0,001)cmDimetrointerno(Di 0,001)cm

1HierroGalvanizado3,0302,521

3,0502,562

3,0562,463

3,0482,502

3,0512,516

3/4Hierro Galvanizado2,2621,986

2,2501,990

2,2481,958

2,2551,961

2,2591,960

Temperatura ambiente: (26,0 0,5) C Presin ambiente: (709,97 0,05) mmHgRango: (0-16) cm Apreciacin: 0,002 cm

Tabla V. VALORES EXPERIMENTALES PARA LA DETERMINACIN DE LA DENSIDAD DE UNA MUESTRA PROBLEMA, EMPLEANDO EL PICNMETRO Y LA BALANZA ANALTICA.MuestraMasa picnmetro vacio(Mv1)gMasa picnmetro lleno(Mll 1)g

Agua destilada2347

48

2448

48

2447

Alcohol48

2443

43

2344

43

Temperatura ambiente: (26,0 0,5) C Presin ambiente: (709,97 0,05) mmHgRango: (0-7000) gApreciacin: 1 gVolumen del picnmetro: 25 mlTabla VI. VALORES EXPERIMENTALES PARA LA DETERMINACIN DE LA VISCOSIDAD, EMPLEANDO EL VISCOSMETRO DE OSTWALD.MuestraTiempo de descenso(t 0,01)s

Alcohol25,50

24,87

25,38

Agua destilada9,05

9,03

9,04

Temperatura ambiente: (26,0 0.5) C Presin ambiente: (709,97 0,05) mmHgApreciacin: 0,01 s Temperatura bao: (25,0 0.5) C RESULTADOS EXPERIMENTALES

Tabla VII. VALORES EXPERIMENTALES PARA LA DETERMINACIN DE LAS DIMENSIONES DE DIFERENTES TUBERAS, EMPLEANDO EL VERNIER.

MuestraPromedio dimetro externo(Do 0,005)cmPromedio dimetrointerno(Di 0,005)cm

Hierro Galvanizado 13,0472,513

Hierro Galvanizado 3/42,2551,971

Tabla VIII. DENSIDAD DE LA MUESTRA DE ALCOHOL EMPLEANDO UN DENSMETRO.MuestraDensidad promedio(D 1) (Kg/m3)

Alcohol846,3

Tabla IX. DENSIDAD DE UNA MUESTRA PROBLEMA, EMPLEANDO EL PICNMETRO Y LA BALANZA ANALTICA

MuestraDensidad ( D 0,01) Kg/m3

Agua destilada976,00

Alcohol760,00

Tabla X. VISCOCIDAD DE UNA MUESTRA, EMPLEANDO EL VISCOSMETRO DE OSTWALD

MuestraViscosidad( D 1E-5) p

Alcohol

Tabla XI. VISCOCIDAD DE UNA MUESTRA, EMPLEANDO EL VISCOSMETRO DE BROOKFIELD.

MuestraViscosidad( v0,1) cp

Glicerina222,0

Discusin de resultadosA diario nos enfrentamos a situaciones que implican de una u otra manera la aplicacin de mediciones; sin embargo de manera casi inconsciente es que surgen este tipo de hechos. A nivel tcnico es donde radica la gran importancia de manejar y manipular las tcnicas de medicin y conocimiento de los instrumentos de medicin de acuerdo a sus caractersticas, uso y confiabilidad de sus resultados. En la mayora de las plantas existen variables que se deben controlar para mantener un valor determinado de dicha variable. Todo esto conlleva al empleo de instrumentos de medicin. En la realizacin de la experiencia prctica se adquiri destreza en el manejo de instrumentos de medicin de densidad e y viscosidad por diferentes mtodos. Las mediciones se ven expuestas a innumerables fuentes de errores que conllevan a cierta incertidumbre y desviacin del valor obtenido.En cuanto la determinacin de la densidad se empleo el mtodo del picnmetro siendo este un instrumento que no genera un valor directo de densidad ya que requiere relacionar mediante una expresin matemtica tanto la masa como el volumen del picnmetro con la muestra.Al determinar experimentalmente la densidad del alcohol isoproplico (solucin problema) se obtuvo un valor de ; y de acuerdo a la las propiedades del alcohol la densidad debe ser de 0,7863g/mL; siendo el valor obtenido cercano del valor esperado. All donde entran en juego causas de errores de medicin las cuales pueden atribuirse a variables internas o externas. Debido a que la densidad es una propiedad que vara con la temperatura y esta pudiera ser una de las causantes de la desviacin respecto al valor real, ya que al realizar la medicin bajo condiciones de presin y temperatura distintas se obtendr cierto margen de inestabilidad. Otra de las propiedades que se involucr en la experiencia prctica fue la viscosidad; en este caso se emplearon dos instrumentos con principios de funcionamiento muy diferentes, por un lado al utilizar el viscosmetro de Ostwald el principio de funcionamiento de este se basa en la ley de Hagen Poiseville para la cual se debe considerar flujo laminar, fluido newtoniano e incompresible. En este caso se asocia tambin el error personal o humano ya que se requiere medir el tiempo de cada del fluido problema y relacionarlo con el tiempo de cada y la viscosidad de un sustancia problema(en este caso agua), este tiempo implica la activacin manual de un cronmetro lo que implica que si la persona que lo maneja no tiene la suficiente destreza ocasiona entonces error pudiendo ser por la activacin o detencin previa o posterior del cronmetro; sin embargo existen otros factores que como lo es la temperatura del bao del viscosmetro, temperatura y presin ambiente. Para el viscosmetro de torsin de Brookfield la varianza en la toma de mediciones est relacionada a la velocidad en la cual oper el mezclador y la subjetividad del observador. Este instrumento era sensible al momento de cambiar la velocidad de operacin del mismo por lo que quedaba de parte del observador elegir un valor de viscosidad. En lo que respecta a las mediciones realizadas con el vernier, en el conjunto de datos se observa la variacin de las medidas. Esto ocurre debido a las misma fueron tomadas por cuatro personas distintas y cada medicin est sujeta a un error de tipo subjetivo relacionado con el observador. Al comparar las dimensiones promedios de cada una de las muestras con una tabla de DIMENSIONES DE TUBERAS NORMALIZADAS DE ACERO se tiene que: 1.1. La primera muestra corresponde a una tubera de 1 catlogo 40.1.2. La segunda muestra es una tubera de 3/4 catlogo 40. Las dimensiones promedio no fueron exactas a las que muestra la bibliografa; esta diferencia pudo ser causada por que las mediciones no las realizo un solo experimentador, por lo cual hay factores humanos que generan una desviacin en las medidas, a su vez se podra decir que el instrumento de medicin usado no es de las mismas caractersticas que el usado por la bibliografa adems de que las tuberas como todo producto tiene una tolerancia en cuanto a sus medidas. Se observa claramente discrepancias entre la densidad calculada por medio de clculos matemticos basados en el grado alcohlico de la sustancia problema y la calculada por el mtodo del picnmetro, esto puede deberse a que para el primer caso se hacen muchas suposiciones como tipo de alcohol y sus propiedades, mientras que por el mtodo del picnmetro solo se debe saber la cantidad de masa que ocupa el volumen utilizado, este mtodo solo tendra fallas si tanto la balanza como el picnmetro estuviesen descalibrados, difcil que un picnmetro no est calibrado mas no imposible a veces al exponerlo a temperaturas extremas este se contrae y dilata cambiando su forma y por lo tanto el volumen que puede almacenar, el caso de las balanzas es ms comn que estn no calibradas pero a su vez son fcil de calibrar. Otra razn de dicha discrepancia entre ambos valores puede ser el hecho de que el instrumento para medir grados alcohlicos dice que esta calibrado a una temperatura de 15C, durante la prctica se estuvo trabajando a temperaturas superiores por lo que la solucin no se encontraba a dicha temperatura y adems tiene una apreciacin muy alta. Los valores obtenidos del ensayo con el viscosmetro de Ostwald son lgicos y esperados ya que mientras ms viscoso es un fluido ms tiempo se demorara en ir de un lugar a otro. Dado el valor podramos decir que la sustancia puede contener etanol ya que la viscosidad es muy parecida a la de dicho compuesto.En el viscosmetro de Brookfield se trabaj con valores predeterminados de velocidad angular, obtenindose como mximo torque de 74,8% a 20 rpm, la cual es la velocidad recomendada para realizar las mediciones en dicho equipo. Si quisiramos comparar el viscosmetro de Ostwald con el de Brookfield, y decir cual es mejor, se estara perdiendo el tiempo ya que cada uno es bueno para ciertas circunstancias por ejemplo el viscosmetro de Ostwald no puede utilizarse para sustancias muy viscosas ya que tardara mucho tiempo las mediciones y luego sera muy difcil lavar el equipo, el viscosmetro de Brookfield prcticamente trabaja con todas las sustancias ya que se le intercambian los husos de acuerdo al fluido, pero es mas delicado en cuanto a la medida ya que cualquier perturbacin en el medio nos altera dicha medida y adicionalmente por lo general estos equipos no miden por debajo de 100 cP y los que si lo hacen son muy costosos. RECOMENDACIONES Al momento de realizar las mediciones se debe evaluar el estado fsico del instrumento que se emplear para la medicin, para evitar los errores tanto estticos, calibrando el equipo y verificando que opere en las condiciones adecuadas, como tambin los errores dinmicos, verificando que se utilice un procedimiento adecuado en la toma de medidas. Tambin de debe tomar en cuenta que los errores estticos al aplicar correcciones se puede disminuir el error.Conclusiones

1) La primera muestra es una tubera Acero Galvanizado de 1 catlogo 40.2) La segunda muestra es una tubera Acero Galvanizado de 3/4 catlogo 403) La densidad de la muestra de alcohol empleando el densmetro es 846,3 kg/m3.4) La densidad del agua destilada empleando el picnmetro es de 976,00 kg/m3.5) La densidad de la muestra de alcohol empleando picnmetro es de 760,00 kg/m3.6) La viscosidad del alcohol empleando el viscosmetro de OSTWALD fue de 0,02599 p.

Clculos tpicos1) Clculo de la densidad por el mtodo del picnmetroEcuacin a utilizar: (I)Donde:: Masa del picnmetro lleno, (g): Masa del picnmetro vacio, (g): Volumen del picnmetro, (mL)Sustituyendo los valores correspondientes la medida para el alcohol isoproplico de la Tabla V en la Ecuacin I se obtiene:

2) Determinacin de las dimensiones promedio de diferentes muestras, empleando el vernier analgico.

(II)

Donde:: dimensin promedio, cm.: dimensin i-sima medida, cm.: nmero total de veces que se midi dicha dimensin, adimensional.

Para la muestra de tubera de 1 Hierro Galvanizado, cuyas dimensiones medidas estn en la tabla IV, se emplear la ecuacin II con el fin de determinar el dimetro externo promedio, como se muestra a continuacin:

De la misma manera se us la ecuacin II para determinar el resto de las dimensiones promedio de esta y todas muestras.

3) Determinacin de la densidad de una muestra problema, empleando el picnmetro (balanza analtica)

Para el caso del agua destilada:Primero se debe conocer el valor de la masa de la muestra que ocupa el volumen del picnmetro para esto se debe aplicar la ecuacin:(III)

Luego se utiliza la ecuacin: (IV)

Finalmente dando uso de la ecuacin

Para el caso del alcohol se realiza exactamente de la misma manera solo que se utilizan los valores de este.4) Determinacin de la viscosidad de una muestra, empleando el viscosmetro de OSTWALD

(V)Donde:: Viscosidad de la solucin problema (cp): Viscosidad del agua destilada (cp): Densidad del agua medida con el picnmetro (Kg/m3): Tiempo promedio del descenso del agua (s): Densidad de la solucin problema medida con el picnmetro (Kg/m3): Tiempo promedio del descenso de la solucin problema (s)

El tiempo de descenso del agua destilada y de la solucin problema se calculara por medio de la ecuacin II.

Se interpola a 26C y la viscosidad resultante es 8,796 x10-3 p.

Temperature- t -(oC)Dynamic Viscosity- -(N s/m2) x 10-3Kinematic Viscosity- -(m2/s) x 10-6

01.7871.787

51.5191.519

101.3071.307

201.0021.004

300.7980.801

400.6530.658

500.5470.553

600.4670.475

700.4040.413

800.3550.365

900.3150.326

1000.2820.294