Balance De Energia De La Olla A Presion.docx

Olla a presión LABORATORIO DE TERMODINAMICA

PRÁCTICA # 1

BALANCE DE ENERGIA

1. Objetivos.

Determinar la presión atmosférica en la localidad de Sucre utilizando los siguientes métodos.. 1.-Tablas. Métodos

2.-Ecuaciones de presión de vapor (mínimo con 5 ecuaciones). 3.-Principio de estados correspondientes (PEC).

     

Comparar la presión atmosférica calculada con la presión atmosférica del SENAMI. Aplicar el balance de energía a una olla a presión después de haber alcanzado la presión de operación. Determinar la masa de H2O que queda en la olla después de 18 min de operación en forma experimental y teórica. Calcular el porcentaje de error tomar como referencia el ejemplo del libro de Cengel. Graficar los perfiles T – t, Pop – t, Tsup – t y Tplato - t. Graficar el proceso en los diagramas T – P, T – V, P – V.

2. Fundamento teórico.- La presión de vapor es la presión de la fase gaseosa o vapor de un sólido o un líquido sobre la fase líquida, para una temperatura determinada, en la que la fase líquida y el vapor se encuentra en equilibrio dinámico; su valor es independiente de las cantidades de líquido y vapor presentes mientras existan ambas. A la presión de saturación de vapor también se le llama presión de vapor saturado y se refiere a una condición de equilibrio, en un recipiente cerrado, a medida que se genera el vapor a través de la evaporación, aumenta la presión. 2.1. Temperatura de saturación y presión de saturación.- Es la temperatura a la cual comienza a hervir el agua depende de la presión; en consecuencia, si la presión es constante, sucede lo mismo con la temperatura de ebullición. A una determinada presión, la temperatura a la que una sustancia pura cambia de fase se llama temperatura de saturación. Del mismo modo a una temperatura determinada, la presión a la que una sustancia pura cambia de fase se le llama presión de saturación. 2.2. El multímetro digital.- Es un instrumento electrónico de medición que generalmente calcula voltaje, resistencia y corriente, aunque dependiendo del modelo de multímetro puede medir otras magnitudes como capacitancia y temperatura. Gracias al multímetro podemos comprobar el correcto funcionamiento de los componentes y circuitos electrónicos.

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Olla a presión 2.3. Un multímetro.- También denominado polímetro, o tester, es un instrumento eléctrico portátil para medir directamente magnitudes eléctricas activas como corrientes y potenciales (tensiones) o pasivas como resistencias, capacidades y otras. Las medidas pueden realizarse para corriente continua o alterna y en varios márgenes de medida cada una. Los hay analógicos y posteriormente se han introducido los digitales cuya función es la misma (con alguna variante añadida). 2.4. Las termocuplas.- Son los sensores de temperatura eléctricos más utilizados en la industria, una termocupla se hace con dos alambres de distinto material unidos en un extremo, al aplicar temperatura en la unión de los metales se genera un voltaje muy pequeño, del orden de los milivolts el cual aumenta con la temperatura, este sería un esquema de ejemplo de una termocupla cualquiera.

2.5. La Termocupla.- Es un transductor de temperatura compuesto por 2 metales distintos que se encuentran a distintas temperaturas, una de referencia y la otra desconocida. 2.6. Un densímetro.- Es un instrumento de medición que sirve para determinar la densidad relativa de los líquidos sin necesidad de calcular antes su masa y volumen, normalmente está hecho de vidrio y consiste en un cilindro hueco con un bulbo pesado en su extremo para que pueda flotar en posición vertical. El término utilizado en inglés es hydrometer; sin embargo, en español, un hidrómetro es un instrumento muy diferente que sirve para medir el caudal, la velocidad o la presión de un líquido en movimiento, es un material de laboratorio que sirve para calcular la densidad relativa de líquidos. Se reconoce a Hipatia de Alejandría como la inventora del densímetro, fue una filósofa neoplatónica, que cultivó los campos de la astronomía y las matemáticas. Realizó aportaciones importantes, como la mejora del astrolabio y la invención del densímetro. Fue contemporánea de la mítica biblioteca de Alejandría y su trágica muerte simboliza la eterna lucha entre las supersticiones y la razón. 2.7. Pipeta volumétrica.- Es un elemento de vidrio, que posee un único valor de medida, por lo que sólo puede medir un volumen. 2.8. Las pipetas graduadas.- Permiten medir volúmenes intermedios, pues están graduadas, mientras que las pipetas volumétricas sólo miden el volumen que viene indicado en ellas. 2.9. Hornilla Eléctrica.- Es aquel en que se produce calor por medio de la energía eléctrica, puede ser de resistencia, de arco y de inducción.

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Olla a presión 3. Materiales y equipos.               

Olla a presión de 7 litros. Pipeta. Manómetro. Termocupla. Multímetro. 2 probetas. Vaso precipitado de 1000 ml. Vaso precipitado. Termómetro con sonda. Densímetro digital. Hornilla eléctrica de 1500 watts. Pirómetro. Termómetro y cronometro digital. Agua. Probeta de 500/5 ml. Termómetro de vidrio.

4. Procedimiento:    

Medir 600 ml de H2O potable, determinar su densidad y vaciar en la olla a presión y suministrar calor con la cocina eléctrica. Elaborar una tabla para intervalos de tiempo de 2 min hasta aproximadamente 36 min y ajustar T, P, Tsup, Tplato. Para determinar la Patm utilizar 50 ml de H2O y suministrar calor hasta alcanzar la T de ebullición y leer esta temperatura con el termómetro de vidrio, termocupla y termómetro de sonda. Evaluar los perfiles T – t, P vs t, Tsup – t, Tplato – T.

5.- Registro de datos: ῥH20 = 0,997 gr/cm³ Tambiente(H2O) “TH2O” = 22.3°C VH20 (inicial) “Vi” = 600 ml VH20 (final) “Vf” = 415 ml Patmosferica en sucre (senami) “Psenami” = 722 mmbar = 0,722 bar = 72200 Pa = 72.2 Kpa Tebullicion del termopar del vaso precipitado “Ttermopar” = 91,7°C = 364,85 K Tebullciion del termómetro de vidrio “Ttermometro vidrio” = 91°C = 364,15 K Tebullicion del termómetro con sonda del vaso precipitado “Tsonda” = 91,6°C = 364,75 K

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Olla a presión t (min) T (°C) P (Psia) Tsup (°C) Tplato (°C) 0 22,9 1,2 26 25,9 2 22,8 1,4 28,5 85,1 4 25,7 1,5 31 155,1 6 36,2 1,5 43,1 219,6 8 54,9 2,1 41,5 215,0 10 75,5 4,3 39,8 229,3 12 91,5 7,4 52,2 323,4 14 102,7 10,8 38,3 195,0 16 111,0 14,4 48,7 256,3 18 114,2 14,9 39,8 243,4 20 114,6 14,4 42,6 263,12 22 114,8 14,2 39,7 219,1 24 114,8 13,8 42,2 194,6 26 114,8 13,5 40,9 187,3 28 114,8 13,5 37,8 201,0 30 115,0 13,4 45,6 195,6 32 115,0 13 46,9 188,4 34 114,9 12,8 39,1 224,3 36 114,9 12,6 44,5 230,7 38 114 12,5 46 206,5

6. Cálculos: 6.1. Determinación de la Presión Atmosférica por tablas: TH2Opromedio = 91,4333°C = 364,5833 K

Psat = Patm = 74,2707 Kpa

Psenami = 722 mmbar = 72,2 Kpa 6.2. Determinación de Psat por Ecuación de presión de vapor: 6.3. Ec. Hendricks: Ln (Psat/Pc) = (1-X)˗1*(AX+BX1.5+CX3+DX6)

X = 1-Tsat/Tc

Tpromedio.= 364,5833 K A = (-7,7645) B = 1,45838 C = (-2,77580) D = (-1,23303) Tc = 647.3 K 4

Olla a presión Pc = 22120 Kpa Psat = Patm = 74,0561 Kpa 6.4. Calculo de Psat por Ecuación Antonie: Ln (Psat) = (A-B) / (T+C) Tpromedio = 364,5833 K A = (-7,7645) B = 1,45838 C = (-2,77580) D = (-1,23303) Tc = 647.3 K Pc = 22120 Kpa Psat = Patm = 0,0422 Kpa 6.5. Calculo de Psat por Ecuación Harcheler.Ln (Psat) = (A+B) / (T+CXln (T) + DX(Psat/T2)) Tpromedio = 364,5833 K A = (-7,7645) B = 1,45838 C = (-2,77580) D = (-1,23303) Tc = 647.3 K Pc = 22120 Kpa Psat = Patm = 3,2745E-9 Kpa 6.6. Presión de Francois Raoult: Po - P n = Po n+N Po = Presión de vapor del disolvente puro P = Presión de vapor de la solución n = mol de soluto 5

Olla a presión N = mol de disolvente Po = 87,1 Kpa n = 0,0332 Kmol N = 0,0229 Kmol Psat = Patm = 35,5541 Kpa 6.7. Ecuación de Clausius – Clapeyron: 𝐿𝑛𝑃 =

𝐴+𝐵 𝑇

Tpromedio = 364,5833 K A = (-7,7645) B = 1,45838 Psat = Patm = 0,9828 Kpa 6.8. Cálculo de Psat por P.E.C.Tpromedio = 364,5833 K Pr = 0,028 Tc = 647.3 K Tr = 0,5632 Pc = 22120 Kpa zliqsat = 0,02 zvapsat = 0,96 z = 0,0199 R = 8,3144 (Kpa*m3)/Kmol*K Psat = Patm = 619,36 Kpa 7. Comparación de las presiones de Vapor:

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Por tablas (Kpa)

Hendricks (Kpa)

74,2707

74,0561

Antonie (Kpa)

Harcheler (Kpa)

Tpromedio = 364,5833 K 0,0422 3,2745E-9

Francois Raoult (Kpa)

Clausius – Claypeyron (Kpa)

PEC (Kpa)

35,5541

0,9828

619,36 6

Olla a presión 8. Cálculo de porcentaje de error de la masa final:

%e = (mteorico – mexperimental)/mteorico = (0, 59844 Kg – 0,4139 Kg)/0,59844 Kg * 100 = 30,8368 %

9. Diagramas de perfil y de proceso:

T (°C) vs t (min)

P (Psia) vs t (min)

120

14

100

12 10

80

8

60

6

40

4

20

2

0

0 0

4

8

12 16 20 24 28 32 36

0

4

8

12

16

20

24

28

32

36

Tplato (°C) vs T (°C)

Tsup (°C) vs t (min) 50

1

40

0.8 0.6

30

0.4

20

0.2 10

0

0 0

4

8

12 16 20 24 28 32 36

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Olla a presión 10. - Conclusiones y Recomendaciones.Apellidos y Nombres Morales Quintanilla Carlos Gustavo (Ing Química) Patiño Martínez Yamil (Ing Química) Lozano Rivera Sergio Gonzalo (Ing Petróleo y Gas Natural)

Conclusiones y recomendaciones En P.E.C. tuvimos que ir a tablas del factor z, obtuvimos las lecturas de zvapsat, zliqsat y Pr, con la Pr y Pc obtuvimos el valor de Psat o Patm. La calidad del estado inicial sale negativo y las fases en estado inicial y final sale liquido comprimido. En las ecuaciones de vapor 2, 3 y 5, obtuvimos la presión de saturación considerablemente diferente o muy bajas.

11. - Referencia bibliográfica.       

Vukalovitch, M.P. 1958, Thermodynamic propiertes of wáter and stem, berlin. Faires, V. M. 1962, Thermodynamics, Nueva York. Glasstone, S. 1955, Termodinamica para quimicos, Madrid. Roger, G. F. C. Mayhew, Y. R. Enginnering, 1957, Thermodynamic, Work and Heat Transfer londres. Perez Serrudo gonzalo Benito, 2014, tablas-programas-graficas de termodinámica, Punto Copynet. http://es.slideshare.net/blacksaturn/termocupla. http://es.wikipedia.org/wiki/Pir%C3%B3metro. http://www.instrumentosdelaboratorio.net.

12. - Anexos.-

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