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.
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