pRESION DE saturación

Facultad de Ingeniería Química

Laboratorio de Ingeniería Química I

Practica 1Presión de Vapor

Integrantes:Ana Patricia AvendañoImelda Cruz Huchim

Yazmin del rosario Ku MayZulma Ricalde Cab

Equipo: 4

Fecha de Entrega:13 de Febrero 2013

pRESION DE saturación

Introducción

La presión de vapor de un líquido es la presión ejercida por su vapor cuando los

estados líquido y vapor están en equilibrio dinámico.

Un líquido hierve cuando su presión de vapor es igual a la presión externa que actúa

sobre la superficie del líquido. En este punto se hace posible la formación de burbujas

de vapor en el interior del líquido. La temperatura de ebullición aumenta al

incrementarse la presión externa. El punto de ebullición de un líquido a una presión de

1 atm es su punto normal de ebullición, la temperatura de ebullición de un líquido (Teb)

es la temperatura a la cual el líquido tiene una presión de vapor igual a la presión

atmosférica. La ecuación de Clapeyron relaciona la presión de vapor con la

temperatura:

(1)

En donde Vv representa el volumen molar del vapor y V l el volumen molar del líquido.

Asimismo, Sv y Sl representan las entropías molares del vapor y el líquido,

respectivamente. Debido a que el proceso de vaporización es reversible, podemos

escribir para el cambio de entropía Sv − Sl

(2)

Donde ∆Hv es el calor molar de vaporización; por lo tanto,

(3)

pRESION DE saturación

Esta ecuación (ecuación de Clapeyron), es completamente general. En el caso

particular de una transición líquido-vapor en la que Vv >> Vl y, suponiendo que el vapor

se comporta aproximadamente como un gas ideal,

(4)

Por lo que la ecuación de Clapeyron, en este caso, se convierte en:

(5)

Que es la ecuación de Clausius-Clapeyron, que nos da la variación de la presión de

vapor con la temperatura.

Reordenando se obtiene:

(6)

Y haciendo la aproximación de que ∆Hv es independiente de la temperatura, la ecuación

anterior se puede integrar, resultando:

(7)

Donde P es la presión de vapor del líquido problema. Al representar gráficamente ln P

frente a 1/T se debe obtener una línea recta cuya pendiente es igual a

(8)

pRESION DE saturación

Con lo que a partir de medidas de presión de vapor de un líquido a diferentes

temperaturas se puede determinar su entalpía de vaporización.

Antecedentes

Descripción del equipo

Una unidad de banco diseñada para presentar a los estudiantes las características del

vapor de agua saturado.

El aparato consta de un circuito de tubo rectangular que incorpora una caldera cilíndrica

en un tubo vertical. El agua pura de la caldera se calienta hasta su punto de ebullición

usando un par de calentadores de cartucho con control de potencia variable. Una mirilla

en la parte delantera de la caldera permite observar los procesos internos, es decir, los

patrones de ebullición en la superficie del agua, y también permite monitorizar el nivel

de agua en la caldera. El vapor saturado que sale de la parte superior de la caldera

pasa alrededor del circuito de tubos antes de condensarse, y vuelve a la base de la

caldera, donde es recalentado. El intervalo de operación de la caldera y el circuito es de

0 a 7 bar efectivos. La sección superior del circuito de tubos incorpora un sensor de

temperatura PRT y un sensor de presión electrónico para medir las propiedades del

vapor saturado. Un punto de llenado en la sección superior permite llenar el circuito con

agua pura, y purgar con seguridad todo el aire antes de sellar el circuito para realizar

las mediciones bajo presión. Una toma de vapor, con válvula de aislamiento, permite

pasar vapor desde dentro del circuito a través de un calorímetro de estrangulación,

cuyo propósito es demostrar cómo puede determinarse el porcentaje de vapor seco del

vapor saturado del circuito. El vapor se expande hasta la presión atmosférica al ser

estrangulado, y un segundo sensor de temperatura PRT mide la temperatura del vapor

después de su expansión.

pRESION DE saturación

PRÁCTICA N° 1

OBJETIVO

Determinar experimentalmente la relación de la presión y la temperatura de

vaporización del agua en un sistema cerrado a volumen constante.

MATERIALES Y MÉTODOS

Equipo de medición de presión de saturación TH3.

4 litros de agua destilada.

Cronometro.

Procedimiento.-Puesta en funcionamiento

1. Verificar que las válvulas del calorímetro y drenaje de la Figura 3-1 se

encuentren cerradas.

Figura 3-1 Equipo de medición de presión de saturación.

2. Verificar que los sensores estén conectados correctamente al panel de control.

3. Verificar que el interruptor principal de la alimentación principal que se muestra

en la Figura 3-2 se encuentre en posición de apagado.

Válvula de drenaje

Válvula del calorímetro

Válvula de llenado

pRESION DE saturación

Figura 3-2 Interruptor principal

4. Abrir la válvula de llenado que se encuentra en la parte superior del equipo

utilizando una llave que se le será proporcionada, para llenar el tanque utilice

agua destilada hasta que el nivel llegue a tres cuartos de la mirilla de cristal

(Figura 3-3).

Figura 3-3 Calentador de agua.

5. Activar los interruptores principales y encender el equipo.

6. Tomar mediciones iníciales del termómetro de resistencia de platino y del sensor

electrónico de presión utilizando la perrilla que se encuentra en la parte anterior

del panel (Figura 3-4)

Interruptor principal

pRESION DE saturación

Figura 3-4 Panel de control.

7. Encender el calentador y colocar el control de calentamiento al máximo (Figura

3-4).

8. Esperar a que la presión dentro del equipo sea de 1 bar, posteriormente apagar

el calentador y observar la temperatura hasta que se mantenga estable, esto

permitirá además que la conducción del calor a través del equipo se estabilice y

reduzca los efectos del tiempo muerto.

9. Cuando los valores de la resistencia se estabilicen a anotar los datos.

10.Nuevamente encender el calentador hasta llegar a los 2 bar de presión y apagar,

espere a que la temperatura se estabilice y anotar los datos nuevamente.

11.Repetir este procedimiento hasta que se alcance la presión de 7 bar.

12.Apagar el calentador y tome los datos finales.

13.Abrir la válvula del calorímetro para permitir que el vapor sea liberado, en este

momento la presión y la temperatura empezarán a bajar.

14. Cuando la temperatura y la presión bajen al mínimo descargar el agua del

equipo utilizando la válvula de drenaje.

15.Llenar la Error: Reference source not found utilizando los datos recabados en el

experimento.

16.La resistencia corregida se calcula en base a la tabla 1 y la temperatura en la

tabla 2 del anexo.

17.Representar en una gráfica el ln Pabs contra 1/T. Y use esta grafica para obtener

la entalpía de vaporización del agua.

Perilla de selección

Interruptor del calentador

Control de calentamiento

Interruptor del equipo

pRESION DE saturación

18.En los mismos ejes de la grafica anterior, grafique el ln Pabs calculada utilizando

la ecuación 7.

19.La resistencia corregida se calcula en base a la tabla 1 y la temperatura en la

tabla 2 del anexo.

PRÁCTICA N° 2

OBJETIVO

Determinar experimentalmente la relación de la presión y la temperatura de

vaporización del agua en un sistema cerrado a volumen constante.

MATERIALES Y MÉTODOS

Equipo de medición de presión de saturación TH3.

4 litros de agua destilada.

Cronometro.

Procedimiento.-Puesta en funcionamiento

1. Verificar que las válvulas del calorímetro y drenaje de la Figura 3-1 se

encuentren cerradas.

pRESION DE saturación

Figura 3-5 Equipo de medición de presión de saturación.

2. Verificar que los sensores estén conectados correctamente al panel de control.

3. Verificar que el interruptor principal de la alimentación principal que se muestra

en la Figura 3-2 se encuentre en posición de apagado.

Figura 3-6 Interruptor principal

4. Abrir la válvula de llenado que se encuentra en la parte superior del equipo

utilizando una llave que se le será proporcionada, para llenar el tanque utilice

agua destilada hasta que el nivel llegue a tres cuartos de la mirilla de cristal

(Figura 3-3).

Válvula de drenaje

Válvula del calorímetro

Válvula de llenado

Interruptor principal

pRESION DE saturación

Figura 3-7 Calentador de agua.

5. Activar los interruptores principales y encender el equipo.

6. Tomar mediciones iníciales del termómetro de resistencia de platino y del sensor

electrónico de presión utilizando la perrilla que se encuentra en la parte anterior

del panel (Figura 3-4)

Figura 3-8 Panel de control.

7. Encender el calentador y colocar el control de calentamiento al máximo (Figura

3-4).

8. Esperar a que la presión dentro del equipo sea de 1 bar, posteriormente apagar

el calentador y observar la temperatura hasta que se mantenga estable, esto

permitirá además que la conducción del calor a través del equipo se estabilice y

reduzca los efectos del tiempo muerto.

9. Cuando los valores de la resistencia se estabilicen a anotar los datos.

Perilla de selección

Interruptor del calentador

Control de calentamiento

Interruptor del equipo

pRESION DE saturación

10.Nuevamente encender el calentador hasta llegar a los 2 bar de presión y apagar,

espere a que la temperatura se estabilice y anotar los datos nuevamente.

11.Repetir este procedimiento hasta que se alcance la presión de 7 bar.

12.Apagar el calentador y tome los datos finales.

13.Abrir la válvula del calorímetro para permitir que el vapor sea liberado, en este

momento la presión y la temperatura empezarán a bajar.

14. Cuando la temperatura y la presión bajen al mínimo descargar el agua del

equipo utilizando la válvula de drenaje.

15.Llenar la Error: Reference source not found utilizando los datos recabados en el

experimento.

16.La resistencia corregida se calcula en base a la tabla 1 y la temperatura en la

tabla 2 del anexo.

17.Representar en una gráfica el ln Pabs contra 1/T. Y use esta grafica para obtener

la entalpía de vaporización del agua.

18.En los mismos ejes de la grafica anterior, grafique el ln Pabs calculada utilizando

la ecuación 7.

19.La resistencia corregida se calcula en base a la tabla 1 y la temperatura en la

tabla 2 del anexo.

RESULTADOS

Practica N°1

Temperatura

(K)

Presión

(KPa)

Resistencia

(Ω)

321.15 100 137.9

323.15 200 138.7

324.15 300 139.9

326.15 400 141.3

329.15 500 145.3

pRESION DE saturación

331.15 600 146.9

332.15 650 147.6

ANÁLISIS DE RESULTADOS Y CONCLUSIÓN

Tabs

(K)

Pabs

(kN/m2)1/Tabs Ln Pabs Resistencia

(Ω)

ResistenciaCorregida(Ω)

321.15 100 0.00311381 4.60517019 137.9

323.15 200 0.00309454 5.29831737 138.7

324.15 300 0.00308499 5.70378247 139.9

326.15 400 0.00306607 5.99146455 141.3

329.15 500 0.00303813 6.2146081 145.3

331.15 600 0.00301978 6.39692966 146.9

332.15 650 0.00301069 6.47697236 147.6

0.003 0.00302 0.00304 0.00306 0.00308 0.0031 0.003120

1

2

3

4

5

6

7f(x) = − 16121.6544234171 x + 55.1631722438429R² = 0.888690812638624

Gráfica de la Ecuación de Clapeyron

1/T

ln P

¿Calcule la Entalpía de vaporización?

pRESION DE saturación

Despejando de la ecuación (8):

−∆HR

=pendientede la curva

−∆HR

=55.163

ΔH=(55.163)(−8.314 JmolK

)

ΔH=−458.625 J /molK

¿Qué tanto se asemejan los datos obtenidos con los calculados?, ¿Por que?En cuestión de la presión no se asemejan debido a que la temperatura que me obtuve

fue medida en la mirilla por lo cual fue menor a la obtenida ya que por dentro la

temperatura del vapor fue de 92 °C

Practica N°2

Temperatura (K)

Presión (KPa)

Resistencia (Ω)

317.15 100 138.1

318.15 200 138.0

321.15 300 140

323.15 400 145

325.15 500 146.4

329.15 600 148.2

pRESION DE saturación

Resistencia

corregida Rc2

(Ω)

Temperatura

Absoluta T2

Tabs

(K)

Presión

Absoluta

Pabs

(kN/m2)

Entalpía de

saturación de

líquido de T1

Hf

Entalpía de

saturación de

vapor de T1

Hg

Entalpía del

vapor de T2

H2

Calidad del

vapor

X=(H2-Hf)/

(Hg-Hf)

317.15 100 115 2703

318.15 200 115.98 2712 2564 0.942989

321.15 300 117.07 2737 2588 0.943128

323.15 400 118 2754 2605 0.943474

325.15 500 120 2771 2620 0.943040

329.15 600 124 2806 2652 0.942580

0.9425

0.9426

0.9427

0.9428

0.94290.943

0.9431

0.9432

0.9433

0.9434

0.9435

0.94360

100200300400500600700

Gráfica Calidad del Vapor vs Presión

Calidad del Vapor

Pres

ión

pRESION DE saturación

0.9425

0.9426

0.9427

0.9428

0.94290.943

0.9431

0.9432

0.9433

0.9434

0.9435

0.9436312

316

320

324

328

332

Gráfica Calidad del Vapor vs Tem-peratura

Calidad del Vapor

Tem

pera

tura

¿Explique la variación de la calidad del vapor al variar la presión y la temperatura?En ambos casos se afirma que la calidad del vapor no es proporcional al cambio de presión y temperatura, de igual manera se observa que, la variación de la calidad del vapor no varía mucho a lo largo de las presiones y temperatura, se podría decir que presenta un comportamiento casi constante. Si variamos la temperatura, cambiara la presión pero se seguirá manteniendo la relación entre la calidad de vapor.

¿Que efecto puede tener la calidad del vapor en las consideraciones del diseño para la operación de una planta que trabaja con vapor sobrecalentado?Es uno de los pilares importantes conocer la calidad del vapor, puesto que a partir de

ese valor se puede plantear que tan eficaz resulta dicho vapor, debido a que una menor

calidad generaría una mayor energía y una mayor calidad necesitaría menos energía.

También es importante saber que a una menor calidad de vapor provocaría menos

disipación, que es importante para llevar una buena correlación.

CONCLUSIONESEl propósito de esta práctica, que era conocer sobre la ecuación mencionada

anteriormente, se logró. Los únicos inconvenientes que tuvimos en lo personal, fue el

pRESION DE saturación

tiempo, ya que nos tardamos más de lo programado y no terminamos por completo la

práctica, nos faltó el último valor de presión a 6.5 bar.

El equipo no presento una gran complejidad, puesto que es uno de los más sencillos y

más prácticos y ya habíamos leído acerca de él.

REFERENCIAS.

http://books.google.com.mx/books?id=0JuUu1yWTisC&pg=PA285&dq=%22presi

%C3%B3n+de+vapor

%22&hl=es&sa=X&ei=AHcaUaqeL4Gf2QXdkoHwBQ&ved=0CEEQ6AEwAw

Bursten, LeMay, Brown, “Química, La ciencia central”; Ed. PEARSON, 9º Ed.