Reporte 10

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO

FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLAN

INGENIERÍA QUÍMICA

LABORATORIO EXPERIMENTAL MULTIDISCIPLINARIO I

PROFESORES

SIXTO BERROCAL ANA MARÍA SILVA ESCALONA CELESTINO

Reporte Experimental “Estado Transitorio”

CHAVEZ GARRIDO LUIS ENRIQUE FORERO DANIELS CAMILO ANDRÉS

GARCIA VAZQUEZ AARON HARO CAMPOS MIGUEL ÁNGEL

MEZA ESPÍRITU CHRISTIAN ANGEL RÍOS CHÁVEZ FRANCISCO URIBE JUAREZ VALERIA IVONE VARAS RUBIO

GRUPO 1301 SEMESTRE 2016-1

FECHA DE ENTREGA

Viernes 20 de noviembre 2015.

Laboratorio Experimental MultidisciplinarioPágina 1

ContenidoIntroducción.......................................................................................................................................3

Generalidades....................................................................................................................................4

Procedimiento y diagrama de flujo....................................................................................................4

Resultados y análisis...........................................................................................................................6

CONCLUSIONES..................................................................................................................................9


Introducción

Si cualquiera de las variables del proceso (temperatura, presión) cambia con el tiempo se dice que la operación es transitoria o no estacionaria. Por su naturaleza, el proceso por lotes o semicontinuo son operaciones en estado transitorio.

Es común utilizar el proceso intermitente cuando se van a producir cantidades pequeñas de algún compuesto de una sola vez, mientras que en los procesos continuos son más adecuados para mayores velocidades de producción. Estos últimos por lo general se llevan a cabo lo más cerca posible del estado estacionario. Las condiciones del estado no estacionario pueden darse durante el arranque del proceso y cuando hay cambios en las condiciones de operación de este.

Dentro de la Ingeniería Química, existen balances de Materia en estado estacionario y en estado no estacionario (Transitorio). Los principios para la obtención de balances en sistemas en régimen transitorio consiste en la existencia de un término de acumulación generalmente se refiere a un cambio pequeño. Es por ello que la resolución de balances en estado transitorio son más complejos.

En los balances de materia en estado estacionario la variación de la masa con respecto al tiempo es igual a cero y en los balances de materia en estado transitorio; esta variación es diferente de cero, no solo cambia la masa con respecto al tiempo sino algunas otras condiciones de operación; pero lo que importa en este caso para el balance de materia en estado transitorio es el cambio de masa. Los balances más comunes para el estado transitorio son los macroscópicos.

El balance macroscópico ignora todos los detalles dentro del sistema, y en consecuencia, da un balance alrededor del sistema total. Solamente queda tiempo como variable independiente en el balance. Las variables dependientes, como la concentración y la temperatura, no son funciones de la posición dentro del sistema pero representan promedios totales del volumen de sistema total. Por lo tanto se requiere que el sistema se encuentre lo suficientemente mezclado de tal modo que las concentraciones y temperaturas de salida son equivalentes a las concentraciones y temperaturas del sistema.


GeneralidadesEn la realización de ésta práctica fue utilizado un refractómetro, el funcionamiento de éste se basan en la refracción de la luz, este fenómeno cuando la luz pasa de un medio a otro es fácil de observar. Está compuesto de espejo que dirige la luz hasta una montura metálica con dos prismas. La luz es observada mediante un objetivo que se encuentra junto a una escala graduada que permite establecer su posición relativa respecto a los prismas. El tubo metálico está recubierto por un tubo de goma para que cuando usted coja el refractómetro no se altere la temperatura, ya que esta cuestión influye sobre los valores de los índices de refracción de los líquidos. En la pieza central hay una solapa que se puede abrir para permitir separar los dos primas y colocar entre ellos la sustancia que se pretende analizar. Los refractómetros son aparatos de medición ópticos y por ello tienen una mantenimiento especial.

Con dicho refractómetro medimos los grados Brix, los cuales miden el cociente total de sacarosa disuelta en un líquido. Una solución de 25 °Bx tiene 25 g de azúcar (sacarosa) por 100 g de líquido o, dicho de otro modo, hay 25 g de sacarosa y 75 g de agua en los 100 g de la solución.

Procedimiento y diagrama de flujo

1. Se hicieron los cálculos previos conforme los grados Brix solicitados por los maestros.2. Se hizo la mezcla del agua con el azúcar en un bote y se agito bien para formar una mezcla

homogénea de la cual se tomó una muestra3. Se calibró el refractómetro poniendo una muestra de agua de la llave y observando que el

índice de refracción fuera el adecuado4. La muestra inicial se le tomó lectura en el refractómetro de su índice de refracción y sus

grados Brix.5. La solución se vació en el tanque del equipo de estado de transición.6. Se revisaron los 2 indicadores de fluido para que la cantidad de fluido de salida fuera igual

a la de entrada.7. Una vez colocada la mezcla y haber tomado las medidas, se encendió el agitador

mecánico.8. En el momento en que se encendió el agitador se empezó a tomar el tiempo con el

cronometro9. Se tomaron muestras de la solución cada 5 minutos teniendo un total de 20 muestras10. Cada muestra se colocó en el refractómetro tomando apunte de su índice de refracción y

los grados Brix11. En cada lectura se hizo la limpieza correspondiente del refractómetro.



CálculosCálculo de cantidad de agua y azúcar necesaria en la solución mediante uso de grados Brix.

MezclaCon cantidades exactas de agua y azúcar se realizó una mezcla homogénea en una cubeta, de donde sale la primer muestra.

CalibraciónSe calibró el refractómetro con una muestra de agua de grifo, verificando que el índice de refracción fuera correcto.

Primer muestraSe tomó el índice de refracción de la primer muestra tomada de la cubeta en el refractómetro.

TanqueSe vació la solución de la cubeta en el tanque del equipo, mientras se verificaban los indicadores para verificar flujos de salida y entrada iguales.

AgitadorSe encendió el agitador mecánico al tiempo que se inciaba la toma del tiempo en el cronómetro.

MuestrasSe tomaron muestras cada 5 minutos a la salida del equipo, obteniendo un total de 20 muestras.

ÍndiceCada muestra se colocó en el refractómetro para registrar su índice de refracción y grados Brix, cada cambio de muestra implicando la limpieza del refractrómetro.

Resultados y análisis

Tabule sus datos experimentales (índice de refracción, concentración y tiempo).

Índice de Refracción % Masa Tiempo (min)

1.3470 9.4 01.3460 8.7 51.3435 7.2 101.3420 6.3 151.3415 5.9 201.3405 5.1 251.3395 4.6 301.3390 4.2 351.3385 3.8 401.3380 3.4 451.3375 3.0 501.3370 2.6 551.3365 2.2 60


1.3360 2.0 651.3355 1.8 701.3353 15 751.3350 1.4 801.3345 1.0 851.3340 0.8 901.3335 0.6 95

El % masa va a ser igual a los 0 Brix tomando en cuenta que la densidad del agua es igual a 1 Kg/L

Grafique sus datos de índice de refracción contra tiempo.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1001.3250

1.3300

1.3350

1.3400

1.3450

1.3500

Indice de Refraccion en Estado Trancitorio

Tiempo (min)

Indi

ce d

e Re

frac

cion


Grafique X (fracción peso) contra tiempo realizando la regresión lineal calculando la pendiente, la ordenada y el coeficiente de correlación.

X Azúcar

Tiempo(min)

0.094 00.087 50.072 100.063 150.059 200.051 250.046 300.042 350.038 400.034 450.030 500.026 550.022 600.020 650.018 700.015 750.014 800.010 850.008 900.006 95

Para calcular la fracción peso del azúcar se utilizó la siguiente formula: X=%masa100


0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000.000

0.010

0.020

0.030

0.040

0.050

0.060

0.070

0.080

0.090

0.100

f(x) = − 0.000855714285714286 x + 0.0783714285714286R² = 0.933076591534309

Fraccion Peso Estado Trancitorio

Fraccion PesoLinear (Fraccion Peso)

Tiempo (min)

Frac

ion

Peso

La regresión lineal, la pendiente, la ordenada y el coeficiente de correlación, se sacó a través de Excel donde:

X=0.0784−0.0009(Tiempo )

Pendiente=−0.0009

Ordenada=0.0784

Coeficiente deCorrelacion (R2 )=0.9331

De acuerdo al coeficiente de correlación obtenido diga si el experimento se comporta de acuerdo a la ecuación desarrollada.

Se pueden observar que el experimento muestra un coeficiente que si bien no es excelente tampoco carece de credibilidad ya que se encuentra dentro del rango permitido para la recreación del experimento. El resultado experimental no es completamente coherente con el que se podría esperar ocupando la ecuación aunque si muestra un comportamiento muy similar donde la concentración de ° Brix disminuye proporcionalmente con respecto al tiempo, aunque no en la cantidad esperada.

Mencione sus observaciones con respecto a la experimentación y discuta sobre la validez de las suposiciones hechas al desarrollar la ecuación del punto 1 de conocimientos y actividades previas.

Podemos comenzar diciendo que en la ecuación planteada en el primer punto de las actividades previas a la experimentación no se hicieron algunas suposiciones fundamentales


como son los errores sistemáticos cometidos por diferentes miembros del equipo, dichos errores se presentaron a lo largo de la experimentación y en diferentes etapas de la misma como: Peso del gramaje adecuado para obtener la concentración deseada, medición del índice de refracción y ° Brix tomado para cada muestra así como la alimentación de un flujo constante durante toda la práctica para asegurar que la concentración disminuyera de forma lineal. Por otro lado también se plantearon suposiciones validas que nos permitieron lograr una deducción adecuada de la misma como lo es el cociente del tiempo con respecto de la velocidad y la densidad válidas para cada sección específica del sistema de estudio. Otro punto acertado fue considerar el transporte del sistema atreves de su frontera constante así como el transporte fuera del sistema ya que esto nos permitió realizar una mejor asociación para conocer la generación existente dentro del sistema así como su consumo.

CONCLUSIONES

Al comparar los resultados experimentales con los registrados en la literatura se logra apreciar una pequeña diferencia en la muestra inicial por consiguiente las muestras posteriores presentarán la misma diferencia.

Se comprobó que la concentración en una disolución va a cambiar si el sistema está en estado transitorio. Con el paso del tiempo se registra que la concentración disminuía paulatinamente al igual que el índice de refracción y la fracción peso, esto nos indica que nuestra experimentación a pesar de los errores cometidos, fue bastante acertada.


Reporte 10

Documents

Transcript of Reporte 10