UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTÓBAL DEHUAMANGA

DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE INGENIERÍA QUÍMICA

ESCUELA DE FORMACIÓN PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA

ASIGNATURA: QU-244: FÍSICO-QUÍMICA I

PRÁCTICA No 03

“PRESION DE VAPOR DE AGUA”PROFESOR DE TEORÍA: Ing. QUISPE MISAICO, Hernán.

PROFESOR DE PRÁCTICA: Ing. QUISPE MISAICO, Hernán.

ALUMNOS:

SULCA SUCA,JUAN PALOMINO GARCIA,ROMYL

DÍA DE PRÁCTICAS: miércoles

HORA: 5-8pm

FECHA DE EJECUCIÓN: 27/08/14 FECHA DE ENTREGA: 03/09/14

AYACUCHO- PERU2014

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y METALURGIA

PRESION DE VAPOR DEL AGUA

I.- OBJETIVOS

Establecer los fundamentos teóricos del equilibrio liquido-vapor de un componente puro.

Obtener mediante la experimentación el comportamiento de la presión de vapor de u liquido puro sometido a diferentes temperaturas.

Comparar el modelo experimental obtenido de presión devapor de un líquido puro con un modelo matemático elegido por el profesor.

Obtener con objetivo secundario mediante el uso de la ecuación de Clausus.Clapeyron el calor latente de vaporización del líquido puro, discutir el porcentaje de error con la reportada bibliografía.

II.-REVISION BIBLIOGRAFICA

La presión de vapor es una de las propiedades más útil de los líquidos, es una variable importante en el diseño y operación de procesos industriales, químicos, físicos y biológicos como consecuencia de la existencia de una interface liquido-vapor.

La presión de vapor esla presión de la fasegaseosa o vapor de unsólido o un líquidosobre la fase líquida,para una temperaturadeterminada, en la quela fase líquida y elvapor se encuentra enequilibrio dinámico; su

valor es independiente de las cantidades de líquido y vaporpresentes mientras existan ambas.

¿Con que propiedad se relaciona?

La regla de fases establece que la presión del vapor de unlíquido puro es función única de la temperatura desaturación. Vemos pues que la presión de vapor en lamayoría de los casos se puede expresar como

Pvp = f (t)

La cual podría estar relacionada con cualquier otrapropiedad intensiva de un líquido saturado (o vapor), peroes mucho mejor relacionarla directamente con la temperaturade saturación.

¿Cómo se relaciona?

La presión de vapor de un líquido se relaciona con latemperatura por medio de la ecuación de ClaussiusClapeyron, sin embargo existen muchas ecuaciones queestudian esta propiedad de los fluidos, pero de todasmaneras estas ecuaciones pueden referirse a la ecuación deClapeyron:

Ln P2/P1 = (H/R) vaporización (1/T1-1/T2)

Esta ecuación mediante pasos matemáticos, puede convertirseen:

Ln Pvp = A+B/T

La gráfica del logaritmo de la presión del vapor y elreciproco de la temperatura absoluta es una recta. Laecuación anterior no es una mala aproximación pero en

general esta curva realmente tiene unas curvaturas pequeñasque muestran así que esta aproximación tampoco es la mejor.Estas curvas las observamos exagerando un poco el dibujo,de la siguiente manera:

ENTALPÍA.

La mayoría de los procesos físicos y químicos tienen lugara presión constante y no a volumen constante. Esto escierto, por ejemplo en el proceso de vaporización, laenergía interna E se puede usar efectivamente en procesos avolumen constante, encontraremos muy conveniente en loscambios a presión constante emplear otra funcióntermodinámica. Al igual que la energía interna no podemosestablecer el valor absoluto de la entalpía para un ciertosistema aunque al igual que con E, es la magnitud delta, ladiferencia de valores D H, la que es importante al igualque la energía interna, la entalpía de un sistema dependeexclusivamente de su estado y no de su historia anterior.

PUNTO DE EBULLICIÓN

Se define punto de ebullición de un líquido como latemperatura a la cual la presión del vapor es igual a lapresión externa. Cuando se aplica calor a un líquido, supresión de vapor aumenta hasta hacerse igual a la presiónatmosférica. El punto de ebullición varía con la presiónexterna que existe por encima de la superficie del líquido.Al descender la presión, el punto de ebullición disminuye;un aumento en la presión aumenta el punto de ebullición.

III.-MATERIALES Y EQUIPOS.

Materiales

Matraz Erlenmeyer de 250 ml Parilla de calentamiento Manguera de látex Manómetro diferencial Termómetro de 0°C-150°C Liquido problema (agua,acetona,etc) 250ml Pinzas de presión Barómetro Baño de agua fría

IV.- DESARROLLO EXPERIMENTAL

Mostrar el equipo de laboratorio tal como la ilustrala figura .el matraz debe contener el líquidoproblema, cerrar el sistema de tal manera que soloesté conectada la salida del vapor al manómetrodiferencial y verificar que la válvula esté abiertaantes de iniciar el calentamiento.

Encienda la parrilla de calentamiento. Caliente elsistema hasta la ebullición del líquido problema.Verifique que no haya fugas el en sistema.

Una vez que alcanzó la temperatura de ebulliciónpermite escapar vapor para desalojar el aire atrapadoen la manguera de latex, guera de latex (PRECAUCION;elsistema está caliente, tener cuidado de no quemarse enel momento de cerrarla válvula) Para registrar lasvariaciones de presión el en manómetro diferencial demercurio, anota la altura en milímetros de mercurio alaumentar 0.5°C la temperatura del líquido problema.

Ya se han tomado los suficientes datos de altura a intervalos de T sin rebasar la escala del manómetro diferencial, suspender el calentamiento. Retirar el matraz de la parrilla colocarlo sobre la mesa. Registrar el enfriamiento del líquido problema a intervalos de 0.5°C y anotar las correspondientes alturas del mercurio (presiones de vacío) en mm Hg.mientras el sistema se enfría espontáneamente hastaalcanzar los 30 y 28°C,si es necesario cubrir el matraz con un manto frio para alcanzar la temperatura.

1. Presión atmosférica = ρghb =ɤhb

2. hb mm de mercurio registrada en el barómetro del laboratorio del ingeniería básica.

3.ρ:densidad del Hg, g:aceleración de la gravedad, ɤ:peso específico del Hg

4. Realizar los cálculos necesarios para transformar la altura o elevación de fluido manométrico (mm Hg) a

presión absoluta de saturación (Pa, KPa)tal como lo explica el anexo 1.Reporta los datos como lo ilustra la tabla 3.

5. Registra la presión atmosférica de la ciudad de Ayacucho del barómetro ubicado en el laboratorio de fisicoquímica.

1. presión atmosférica = ρghb = ɤhb…………..ec.8

2. hb mm de Hg registrada en el barómetro del laboratorio de fisicoquímica.3. ρ: densidad de Hg, g: aceleración de la gravedad, ɤ: peso específico del Hg

6. Realizar los cálculos necesarios para transformar la altura o elevación de fluido manométrico (mm Hg) a presión absoluta de saturación (Pa, KPa) tal como lo explica el anexo 1.Reporta los datos como lo ilustra la tabla 3.

7. Determina el comportamiento del líquido problema mediante un diagrama de fases. (Pa,KPa) vs 1/T (K) dellíquido problema. Obtén con los datos experimentales un modelo para determinar la presión de vapor a partirde la temperatura.

8. De acuerdo a la tabla 1, es posible determinar las constantes A,B de la ecuación general.

9. Elaborar la gráfica de lnPsat.

10. Compara el modelo obtenido empíricamente del líquido problema contra una de las correlaciones registrada en la tabla 1 (ver anexo 2 para constantes de Antoine).

11. Determina el calor latente de vaporización tal como lo expresa la ecuación (7). La figura 3 presenta la tendencia de los datos experimentales que se deben obtener.

12. Realiza la discusión de resultados y concluye en base a los objetivos propuestos.

V. RESULTADOS

Tabla 2. Registro de temperatura y altura o elevación del Hg del calentamiento/enfriamiento del líquido del problema.

TABLA N°2

T °C∆h (mmHg)

90.5 1391 19

91.5 3292 42

91.5 090 288 3785 10180 16675 19570 21565 23560 24055 25850 26345 27340 277

Tabla 3 Obtención de presión manométrica a partir de las diferentes altura de mercurio del calentamiento/enfriamiento del líquido problema.

           Presión manométrica

T°C °K hs hiPbarom ∆h KPa

mmHg

90.5363.6

5 52 50.7 545.21 13 1.7267562

12,9518

91364.1

5 52.4 50.5 545.21 19 2.5237206

18,9295

91.5364.6

5 53 49.8 545.21 32 4.2504768

31,8812

92365.1

5 53.5 49.3 545.21 42 5.5787508

41,8441

91.5364.6

5 51.5 51.5 545.21 0 00,0000

90363.1

5 51.5 51.3 545.21 2 0.26565481,9926

88361.1

5 49.6 53.3 545.21 37 4.9146138

36,8627

85358.1

5 46.4 56.5 545.21 101 13.4155674

100,6252

80353.1

5 42.7 59.3 545.21 166 22.0493484

155,4211

75348.1

5 41.7 61.2 545.21 195 25.901343

194,2763

70343.1

5 40.8 62.3 545.21 215 28.557891

214,2021

65338.1

5 39.7 63.2 545.21 235 31.214439

234,1279

60333.1

5 39.5 63.5 545.21 240 31.878576

239,1093

55328.1

5 38.6 64.4 545.21 258 34.2694692

257,0425

50323.1

5 38.4 64.7 545.21 263 34.9336062

262,0239

45318.1

5 37.9 65.2 545.21 273 36.2618802

271,9868

40313.1

5 37.7 65.4 545.21 277 36.7931898

275,9720

Tabla 4.Datos de la presión absoluta de vapor y temperaturaen SI del líquido problema.TABLA N°4

T °C T°K∆h (mmHg) Pabs T 1/K Psat.kpa lnPsatur

90.5 363.65 13 558.210.002749

974.421879

284.3097499

7

91 364.15 19 564.210.002746

1275.221813

494.3204412

6

91.5 364.65 32 577.210.002742

3676.955004

284.3432208

9

92 365.15 42 587.210.002738

678.288227

964.3603972

5

91.5 364.65 0 545.210.002742

3672.688688

494.2861857

8

90 363.15 2 547.210.002753

6872.955333

224.2898473

8

88 361.15 37 508.210.002768

9367.755760

864.2159094

9

85 358.15 101 444.210.002792

1359.223129

284.0813121

6

80 353.15 166 379.210.002831

6650.557175

333.9231048

8

75 348.15 195 350.210.002872

3346.690826

643.8435477

1

70 343.15 215 330.210.002914

1844.024379

283.7847435

5

65 338.15 235 310.210.002957

2741.357931

913.7222642

3

60 333.15 240 305.210.003001

6540.691320

07 3.7060148

55 328.15 258 287.210.003047

3938.291517

433.6452283

9

50 323.15 263 282.210.003094

5437.624905

593.6276662

1

45 318.15 273 272.210.003143

1736.291681

913.5915885

7

40 313.15 277 268.210.003193

3635.758392

433.5767849

9Grafico presión absoluta Vs temperatura en grados Celsius

30 40 50 60 70 80 90 1000

100

200

300

400

500

600presión absoluta Vs temperatura en celsius

T°C

Pabs

30 40 50 60 70 80 90 1000

100

200

300

400

500

600

f(x) = 0.156592818666511 x² − 15.6642978672094 x + 661.834575063055R² = 0.964078536181271

Hallando pendiente

T°C

Pabs

Tabla 5.Obtension de la presión de saturación con la ecuación de Antoine en el

Mismo intervalo de temperaturadatos  

A= 18.3036B= 3816.44C= -16.13

T °C T°KLnpsat= A-(B/(T-C))

  1/T (k-

1)

90.5 363.65 2.110760802 8.254518950.002749

9

91 364.15 2.11236019 8.2677316890.002746

12

91.5 364.65 2.113952833 8.280909730.002742

36

92 365.15 2.115538777 8.2940532070.002738

6

91.5 364.65 2.113952833 8.280909730.002742

36

90 363.15 2.109154625 8.2412713740.002753

68

88 361.15 2.102661111 8.1879299380.002768

93

85 358.15 2.092709248 8.1068489020.002792

13

80 353.15 2.075532199 7.9687863060.002831

66

75 348.15 2.057570824 7.8269336970.002872

33

70 343.15 2.038767042 7.6811328410.002914

18

65 338.15 2.019056592 7.5312165720.002957

27

60 333.15 1.998368157 7.3770081510.003001

65

55 328.15 1.976622319 7.2183205740.003047

39

50 323.15 1.953730322 7.054955810.003094

54

45 318.15 1.929592594 6.8867039820.003143

17

40 313.15 1.904096959 6.7133424660.003193

36

0.0027 0.0028 0.0029 0.003 0.0031 0.0032 0.00331.81.851.91.95

22.052.12.15

f(x) = − 101125.2544775 x² + 135.40432066 x + 2.503028994684R² = 0.999999191941529

presión de saturación

temperatura1/K

LnPsat.Kpa

VI. CALCULOS. Calculando la variación de alturas:

Ejemplo de 90°C

∆h=(hs−hi) cmHg∗10mmHg1cmHg

∆h=(51.5−51.3)mmHg∗10

∆h=2mmHg Variación de altura cuando la Patm es mayor a la Pvap.H2O a

una temperatura de 88°C (cuando la temperatura disminuye)

∆h=(hi−hs) cmHg∗10mmHg1cmHg

∆h=(51.5−49,6)mmHg∗10

∆h=37mmHg

Presión atmosférica o barométrica

Pbar=727hPa(100Pa1hPa

)(1KPa

1000Pa)(

760mmHg101.325KPa

)

Pbar=545.21mmHg

Presión absoluta la temperatura de 90°C

Dato. 101.325Kpa = 760mmHg

Pabs=Pbar±∆hPabs=545,21+2

Pabs=547,21mmHg

Pabs=547,21mmHg× 101.325KPa760mmHg

Pabs=72.95533322KPa

Presión absoluta la temperatura de 88°C

Pabs=Pba−∆hPabs=545,21−37Pabs=508,21mmHg

Pabs=508,21mmHg× 101.325KPa760mmHg

Pabs=67.7557KPa

OBTENCION DE PRESION MANOMÉTRICA

Cálculo de la presión manométrica Kpa

Datos para hallar la presión manométrica a temperatura90°C:

ρ=densidadddelmercurio=13540,Kg /m3

g=aceleraciópndelagravedad=9.81m /s2

h=∆h(variacióndelaaltura) N /m2=Pa Kg.m /s2=N 101,325KPa=1,01325x105 N

m2

∆h=2

Aplicando la fórmula:

Pmanométrica=ρgh

101,325KPa=1,01325x105 Nm2

KPa=

1,01325x105 Nm2

101,325

Pmanométrica=13540,Kgm3 ×9.81

ms2 ×2mmHg×

0.001mmmHg

Pmanométrica=265.6548 Nm2=0.2656548KPa

Pmanométrica=0.2656548KPa

VII. CONCLUSIONES Se logró trazar las dos gráficas y sus

correcciones, incluyéndose las ecuaciones contendencia a una recta.

Se formuló la ECI-CI experimental y se comparócada término con la ecuación de una recta.

Se corrigieron los valores de la presión empleandola ecuación de Clausius Clapeyron y se trazó lanueva gráfica.

Se halló la temperatura normal y a condiciones delaboratorio (para Ayacucho).

De hallaron las constantes de la ecuación deAntoines y la de una ecuación propuesta, partiendode tres datos obtenidos en el experimento.

Calculo de la entropía de vaporización.VIII. RECOMENDACIONES

Medir con sumo cuidado la cantidad del líquidovolátil, ya que este debe estar alineado dentrodel tubo en U.

Tomar la medida de la presión exactamente en elmomento preciso para obtener los resultadosóptimos.

Los datos de la presión obtenidos en elexperimento están en centímetros, y se tienen qllevar a milímetros para cálculos posteriores.

IX. BIBLIOGRAFIA

http://es.wikipedia.org/wiki/presi %c3%b3n_de_vapor

http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/ articuloses/flujodegases/presiondevapor/presiondevapor.html

Prentice Hall Hispanoamericana S:A: México 6ta edición1997

Moran,MJ,Shapiro.HN,”Fundaments de la termodinamica”,2a.Edicion,Editorial

SHOEMAKER, D.P. – GARLAND, C.W. … “EXPERIMENTS IN PHYSICAL CHEMISTRY”. Edit. McGRAW.