Practica-2-diagrama-p-t.docx

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS LABORATORIO DE TERMODINÁMICA DE LAS SUSTANCIAS PURAS

PRACTICA #

1

DIAGRAMA PRESION-TEMPERATURA DE UNA SUSTANCIA PURA A PRESIONES MENORES QUE LA ATMOSFERICA  GRUPO: 1IM26

EQUIPO: 4

INTEGRANTES NOMBRE ALUMNO

FIRMA

Rojas Pérez Erandi Irene PROFESORA: ESTHER TORRES SANTILLAN FECHA: 14/Febrero/2019

CALIFICACION:________________

NOTA DEL PROF: _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS LABORATORIO DE TERMODINÁMICA DE LAS SUSTANCIAS PURAS

PRÁCTICA No. 1 DIAGRANA PRESIÓN-TEMPERATURA DE UNA SUSTANCIA PURA A PRESIONES MENORES QUE LA ATMOSFÉRICA OBJETIVOS: A través de un experimento el estudiante obtendrá valores de presión y temperatura y compararlos con los de tablas de vapor saturado de agua. TABLA DE DATOS EXPERIMENTALES: hT= 0.97 m tamb= 24 °C Temperatura (t) Altura al sistema (hs) (en °C) (en cm)

hbarom= 0.585 mHg Altura a l atmosférica (ha) (en cm)

85 °C

46.3 cm

37 cm

80 °C

50.5 cm

32.5 cm

75 °C

54.2 cm

29.3 cm

70 °C

56.8 cm

26.7 cm

65 °C

59 cm

24.5 cm

60 °C

61 cm

22.5 cm

CÁLCULOS: 1. Calcula la densidad del mercurio (𝝆𝑯𝒈 ) a la temperatura 𝑡𝑎𝑚𝑏 ). 𝜌𝐻𝑔 = 13595.08 − 2.466𝑡 + 0.0003𝑡 2 𝜌𝐻𝑔 = 13595.08 − 2.466(24 °C) + 0.0003(24 °C)2 = 13536.0688

𝑘𝑔 𝑚3

2. Calcula la presión barométrica ( 𝑃𝑏𝑎𝑟𝑜𝑚 ). 𝑃𝑏𝑎𝑟𝑜𝑚 = (𝜌𝐻𝑔 )(𝑔𝑙𝑜𝑐 )(ℎ𝑏𝑎𝑟𝑜𝑚 ) 𝑘𝑔 𝑚 𝑃𝑏𝑎𝑟𝑜𝑚 = (13536.0688 3 ) (9.78 2 ) (0.585 mHg) = 77443.91043 𝑃𝑎 𝑚 𝑠 3. Calcula los valores de la presión hidrostática del mercurio (𝑃𝐻𝑔 ) en Pa. 𝑃𝐻𝑔 = (𝜌𝐻𝑔 ) 𝑔𝑙𝑜𝑐 (ℎ𝑠 − ℎ𝑎 ) 𝑘𝑔 𝑚 𝑃𝐻𝑔1 = (13536.0688 3 ) (9.78 2 ) (0.463m − 0.37 m) = 12311.59602 𝑃𝑎 𝑚 𝑠 𝑘𝑔 𝑚 𝑃𝐻𝑔2 = (13536.0688 3 ) (9.78 2 ) (0.505 m − 0.325m) = 23828.89552 𝑃𝑎 𝑚 𝑠

𝑘𝑔 𝑚 ) (9.78 2 ) (0.542 m − 0.293m) = 32963.30546 𝑃𝑎 3 𝑚 𝑠 𝑘𝑔 𝑚 𝑃𝐻𝑔4 = (13536.0688 3 ) (9.78 2 ) (0.568 m − 0.267m) = 42230.09816 𝑃𝑎 𝑚 𝑠 𝑘𝑔 𝑚 𝑃𝐻𝑔5 = (13536.0688 3 ) (9.78 2 ) (0.59 m − 0.245m) = 45672.04974 𝑃𝑎 𝑚 𝑠 𝑘𝑔 𝑚 𝑃𝐻𝑔6 = (13536.0688 3 ) (9.78 2 ) (0.61 m − 0.225m) = 50967.35985 𝑃𝑎 𝑚 𝑠 𝑃𝐻𝑔3 = (13536.0688

4. Calcula la densidad del agua (𝜌𝐻2 𝑂 ) a la temperatura ambiente y transfórmala a Kg/m3. 𝜌𝐻2 𝑂 = 0.99998 + 3.5 × 10−5 𝑡𝑎𝑚𝑏 − 6.0 × 106 𝑡𝑎𝑚𝑏 2 𝜌𝐻2 𝑂 = 0.99998 + 3.5 × 10−5 (24 °C) − 6.0 × 106 (24 °C)2 = 0.997184 𝜌𝐻2 𝑂 = 0.997184

𝑔 𝑚𝑙

𝑔 1 𝑘𝑔 1000000𝑚𝑙 𝐾𝑔 ( )( ) = 997.184 3 3 𝑚𝑙 1000𝑔 1𝑚 𝑚

5. Calcula las valores de la presión hidrostática del agua (𝑃𝐻2 𝑂 ) en Pa 𝑃𝐻2 𝑂 = 𝜌𝐻2 𝑂 𝑔𝑙𝑜𝑐 ((ℎ𝑇 − ℎ𝑠 ) 𝐾𝑔 𝑚 𝑃𝐻2 𝑂 1 = (997.184 3 ) (9.78 2 ) (0.97𝑚 − 0.463𝑚) = 4944.496977 𝑃𝑎 𝑚 𝑠 𝐾𝑔 𝑚 𝑃𝐻2 𝑂 2 = (997.184 3 ) (9.78 2 ) (0.97𝑚 − 0.505𝑚) = 4534.893677 𝑃𝑎 𝑚 𝑠 𝐾𝑔 𝑚 𝑃𝐻2 𝑂 3 = (997.184 3 ) (9.78 2 ) (0.97𝑚 − 0.542𝑚) = 4174.052675 𝑃𝑎 𝑚 𝑠 𝐾𝑔 𝑚 𝑃𝐻2 𝑂 4 = (997.184 3 ) (9.78 2 ) (0.97𝑚 − 0.568𝑚) = 3920.488727 𝑃𝑎 𝑚 𝑠 𝐾𝑔 𝑚 𝑃𝐻2 𝑂 5 = (997.184 3 ) (9.78 2 ) (0.97𝑚 − 0.59𝑚) = 3705.934618 𝑃𝑎 𝑚 𝑠 𝐾𝑔 𝑚 𝑃𝐻2 𝑂 6 = (997.184 3 ) (9.78 2 ) (0.97𝑚 − 0.61𝑚) = 3510.885427 𝑃𝑎 𝑚 𝑠 6. Calcula los valores de la presión del vacío (𝑃𝑣𝑎𝑐 ) dentro del matraz en Pa. 𝜌𝑣𝑎𝑐 = 𝑃𝐻2 𝑂 + 𝑃𝐻𝑔 𝑃𝑣𝑎𝑐 1 = 4944.496977 𝑃𝑎 + 12311.59602 𝑃𝑎 = 17256.093 𝑃𝑎 𝑃𝑣𝑎𝑐 2 = 23828.89552 𝑃𝑎 + 4534.893677 𝑃𝑎 = 28363.7892 𝑃𝑎 𝑃𝑣𝑎𝑐 3 = 32963.30546 𝑃𝑎 + 4174.052675 𝑃𝑎 = 37137.35614 𝑃𝑎 𝑃𝑣𝑎𝑐 4 = 42230.09816 𝑃𝑎 + 3920.488727 𝑃𝑎 = 46150.58689 𝑃𝑎 𝑃𝑣𝑎𝑐 5 = 45672.04974 𝑃𝑎 + 3705.934618 𝑃𝑎 = 49377.98436 𝑃𝑎 𝑃𝑣𝑎𝑐 6 = 50967.35985 𝑃𝑎 + 3510.885427 𝑃𝑎 = 54478.24528 𝑃𝑎 7. Calcula los valores de la presión absoluta (𝑃𝑎𝑏𝑠 ) dentro del matraz en Pa.

𝑃𝑎𝑏𝑠 = 𝑃𝑏𝑎𝑟𝑜𝑚 − 𝑃𝑣𝑎𝑐 𝑃𝑎𝑏𝑠 𝑃𝑎𝑏𝑠 𝑃𝑎𝑏𝑠 𝑃𝑎𝑏𝑠

1 2

3 4

= 77443.91043 𝑃𝑎 − 17256.093 𝑃𝑎 = 60187.81743 𝑃𝑎 = 77443.91043 𝑃𝑎 − 28363.7892 𝑃𝑎 = 49080.12123 𝑃𝑎

= 77443.91043 𝑃𝑎 − 37137.35614 𝑃𝑎 = 40306.55429 𝑃𝑎 = 77443.91043 𝑃𝑎 − 46150.58689 𝑃𝑎 = 31293.32354 𝑃𝑎

𝑃𝑎𝑏𝑠 5 = 77443.91043 𝑃𝑎 − 49377.98436 𝑃𝑎 = 28065.92607 𝑃𝑎 𝑃𝑎𝑏𝑠

6

= 77443.91043 𝑃𝑎 − 54478.24528 𝑃𝑎 = 22965.66515 𝑃𝑎

8. Obtén en tablas de vapor de agua saturado la presión (𝑃𝑡𝑎𝑏𝑙𝑎 ) para cada valor experimental de temperatura. 𝑷𝒕𝒂𝒃𝒍𝒂 𝑷𝒕𝒂𝒃𝒍𝒂 Temperatura (t) °C (bar) (Pa) 85 °C 0.569041844 bar 56904.1844 Pa 80 °C

0.47414474 bar

47414.474 Pa

75 °C

0.386238547 bar

38623.8547 Pa

70 °C

0.3120093 bar

31200.93 Pa

65 °C

0.2739104005 bar

27391.04005 Pa

60 °C

0.199464343 bar

19946.4343 Pa

105 𝑃𝑎 (0.569041844 bar) = 56904.1844 Pa 𝑃𝑡𝑎𝑏𝑙𝑎 = 1 𝑏𝑎𝑟 105 𝑃𝑎 (0.47414474 bar) = 47414.474 Pa 𝑃𝑡𝑎𝑏𝑙𝑎 = 1 𝑏𝑎𝑟 105 𝑃𝑎 (0.386238547 bar) = 38623.8547 Pa 𝑃𝑡𝑎𝑏𝑙𝑎 = 1 𝑏𝑎𝑟 105 𝑃𝑎 (0.3120093 bar) = 31200.93 Pa 𝑃𝑡𝑎𝑏𝑙𝑎 = 1 𝑏𝑎𝑟 105 𝑃𝑎 (0.2739104005 bar) = 27391.04005 Pa 𝑃𝑡𝑎𝑏𝑙𝑎 = 1 𝑏𝑎𝑟 105 𝑃𝑎 (0.199464343 bar) = 19946.4343 Pa 𝑃𝑡𝑎𝑏𝑙𝑎 = 1 𝑏𝑎𝑟 9. Calcula los valores del porcentaje de error de la presión absoluta (𝑃𝑎𝑏𝑠 ) calculada con respecto a la presión de tabla (𝑃𝑡𝑎𝑏𝑙𝑎 ) 𝑃𝑡𝑎𝑏𝑙𝑎 − 𝑃𝑎𝑏𝑠 %𝐸 = | | × 100 𝑃𝑡𝑎𝑏𝑙𝑎

56904.1844 Pa − 60187.81743 𝑃𝑎 %𝐸1 = | | × 100 = 5.77% 56904.1844 Pa %𝐸2 = |

47414.474 Pa − 49080.12123 𝑃𝑎 | × 100 = 3.51% 47414.474 Pa

38623.8547 Pa − 40306.55429 𝑃𝑎 %𝐸3 = | | × 100 = 4.35% 38623.8547 Pa 31200.93 Pa − 31293.32354 𝑃𝑎 %𝐸4 = | × 100| = 0.2% 31200.93 Pa 27391.04005 Pa − 28065.92607 𝑃𝑎 %𝐸5 = | | × 100 = 0.2% 27391.04005 Pa 19946.4343 Pa − 22965.66515 𝑃𝑎 %𝐸6 = | | × 100 = 15.13% 19946.4343 Pa 10. Traza las líneas 𝑃𝑎𝑏𝑠 (en el eje y) vs t (en el eje x) y 𝑃𝑡𝑎𝑏𝑙𝑎 (en el eje y) y t (en el eje x) ambas líneas en la misma gráfica.

Diagrama P-t 140000

120000

Presion (Pa)

100000

80000

60000

40000

20000

0 60

65

70

75

Temperatura (°C)

80

85

TABLA DE RESULTADOS:

𝝆𝑯𝒈 = 13536.0688

𝑘𝑔 𝑚3

𝑷𝒃𝒂𝒓𝒐𝒎 = 77443.91043 𝑃𝑎

𝝆𝑯𝟐𝑶 = 0.997184

𝑔 𝑚𝑙

𝝆𝑯𝟐𝑶 = 997.184

𝐾𝑔 𝑚3

PHg (Pa)

PH20 (Pa)

Pvac (Pa)

Pabs (Pa)

%Error de Pabs

12311.59602 𝑃𝑎

4944.496977 𝑃𝑎

17256.093 𝑃𝑎

60187.81743 𝑃𝑎

5.77%

23828.89552 𝑃𝑎

4534.893677 𝑃𝑎

28363.7892 𝑃𝑎

49080.12123 𝑃𝑎

3.51%

32963.30546 𝑃𝑎

4174.052675 𝑃𝑎

37137.35614 𝑃𝑎

40306.55429 𝑃𝑎

4.35%

42230.09816 𝑃𝑎

3920.488727 𝑃𝑎

46150.58689 𝑃𝑎

31293.32354 𝑃𝑎

0.2%

45672.04974 𝑃𝑎

3705.934618 𝑃𝑎

49377.98436 𝑃𝑎

28065.92607 𝑃𝑎

0.2%

50967.35985 𝑃𝑎

3510.885427 𝑃𝑎

54478.24528 𝑃𝑎

22965.66515 𝑃𝑎

15.13%

CUESTIONARIO:

CONCLUSIONES:

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PRACTICA #

2

DIAGRAMA PRESION-VOLUMEN DE UNA SUSTANCIA PURA A PRESIONES MENORES QUE LA ATMOSFERICA  GRUPO: 1IM26

EQUIPO: 4

INTEGRANTES NOMBRE ALUMNO

FIRMA

Rojas Pérez Erandi Irene PROFESORA: ESTHER TORRES SANTILLAN FECHA: 14/Febrero/2019

CALIFICACION:________________

NOTA DEL PROF: _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS LABORATORIO DE TERMODINÁMICA DE LAS SUSTANCIAS PURAS

PRÁCTICA No. 2 DIAGRANA PRESIÓN-VOLUMEN DE UNA SUSTANCIA PURA A PRESIONES MENORES QUE LA ATMOSFÉRICA OBJETIVOS: A través de un experimento el estudiante obtendrá valores de presión y volumen especifico del agua en equilibrio con su vapor, para trazar el diagrama presiónvolumen especifico y compararlos con los de tablas de vapor saturado de agua. TABLA DE DATOS EXPERIMENTALES: hT= 0.97 m Temperatura (t) (en °C)

tamb= 24 °C Altura al sistema (hs) (en cm)

hbarom= 0.585 mHg Altura a l atmosférica (ha) (en cm)

85 °C

46.3 cm

37 cm

80 °C

50.5 cm

32.5 cm

75 °C

54.2 cm

29.3 cm

70 °C

56.8 cm

26.7 cm

65 °C

59 cm

24.5 cm

60 °C

61 cm

22.5 cm

CÁLCULOS: 1. Competa la siguiente tabla con la información obtenida en la práctica anterior. Temperatura t (°C) 85 °C 80 °C 75 °C 70 °C 65 °C 60 °C

Pabs (Pa) 60187.81743 Pa 49080.12123 Pa 40306.55429 Pa 31293.32354 Pa 28065.92607 Pa 22965.66515 Pa

Temperatura T(K) 358.15 K 353.15 K 348.15 K 343.15 K 338.15 K 333.15 K

2. Calcula el volumen específico del vapor (𝑣𝑒𝑠𝑝 ) para cada valor de temperatura y presión experimental. 𝑅𝑇 𝑣𝑒𝑠𝑝 = 𝑀𝑃 𝑃𝑎 ∙ 𝑚3 ) (358.15 K) 𝑚3 𝐾𝑚𝑜𝑙 ∙ 𝐾 𝑣𝑒𝑠𝑝 1 = = 2.74848 𝐾𝑔 𝐾𝑔 (18 ) (60187.81743 Pa) 𝐾𝑚𝑜𝑙 (8314

𝑃𝑎 ∙ 𝑚3 ) (353.15 K) 𝑚3 𝐾𝑚𝑜𝑙 ∙ 𝐾 𝑣𝑒𝑠𝑝 2 = = 3.3234 𝐾𝑔 𝐾𝑔 (18 ) (49080.12123 Pa) 𝐾𝑚𝑜𝑙 (8314

𝑃𝑎 ∙ 𝑚3 ) (348.15 K) 𝑚3 𝐾𝑚𝑜𝑙 ∙ 𝐾 𝑣𝑒𝑠𝑝 3 = = 3.9895 𝐾𝑔 𝐾𝑔 (18 ) (40306.55429 Pa) 𝐾𝑚𝑜𝑙 (8314

𝑃𝑎 ∙ 𝑚3 ) (343.15 K) 𝑚3 𝐾𝑚𝑜𝑙 ∙ 𝐾 𝑣𝑒𝑠𝑝 4 = = 5.0648 𝐾𝑔 𝐾𝑔 (18 ) (31293.32354 Pa) 𝐾𝑚𝑜𝑙 (8314

𝑃𝑎 ∙ 𝑚3 ) (338.15 K) 𝑚3 𝐾𝑚𝑜𝑙 ∙ 𝐾 𝑣𝑒𝑠𝑝 5 = = 5.5650 𝐾𝑔 𝐾𝑔 (18 ) (28065.92607 Pa) 𝐾𝑚𝑜𝑙 (8314

𝑃𝑎 ∙ 𝑚3 ) (333.15 K) 𝑚3 𝐾𝑚𝑜𝑙 ∙ 𝐾 𝑣𝑒𝑠𝑝 6 = = 6.7003 𝐾𝑔 𝐾𝑔 (18 ) (22965.66515 Pa) 𝐾𝑚𝑜𝑙 (8314

3. Completa el siguiente cuadro utilizando tablas de vapor de agua.

Temperatura t (°C)

Vesp (m3/Kg)

Ptabla (Pa)

85 °C

2.828077559 m3/Kg

56904.1844 Pa

80 °C

3.405157935 m3/Kg

47414.474 Pa

75 °C

4.132658549 m3/Kg

38623.8547 Pa

70 °C

5.039541809 m3/Kg

31200.93 Pa

65 °C

6.199895416 m3/Kg

27391.04005 Pa

60 °C

7.667228624 m3/Kg

19946.4343 Pa

4. Calcula el porcentaje de error del volumen específico calculado con respecto al volumen específico de tabla. %𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑉𝑒𝑠𝑝 = |

𝑉𝑒𝑠𝑝 𝑡𝑎𝑏𝑙𝑎 − 𝑉𝑒𝑠𝑝 𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜 | 𝑉𝑒𝑠𝑝 𝑡𝑎𝑏𝑙𝑎

m3 𝑚3 2.828077559 Kg − 2.7484 𝐾𝑔 %𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑉𝑒𝑠𝑝 1 = | | = 2.81% m3 2.828077559 Kg m3 𝑚3 3.405157935 Kg − 3.3234 𝐾𝑔 %𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑉𝑒𝑠𝑝 2 = | | = 2.39% m3 3.405157935 Kg m3 𝑚3 4.132658549 Kg − 3.9895 𝐾𝑔 %𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑉𝑒𝑠𝑝 3 = | | = 3.46% m3 4.132658549 Kg m3 𝑚3 5.039541809 Kg − 5.0648 𝐾𝑔 %𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑉𝑒𝑠𝑝 4 = | | = 0.5% m3 5.039541809 Kg m3 𝑚3 6.199895416 Kg − 5.56503 𝐾𝑔 %𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑉𝑒𝑠𝑝 5 = | | = 10.23% m3 6.199895416 Kg m3 𝑚3 7.667228624 Kg − 6.7003 𝐾𝑔 %𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑉𝑒𝑠𝑝 6 = | | = 12.61% m3 7.667228624 Kg

5. Traza las líneas de Pabs (en el eje y) vs Vesp(calculado) (en el eje x) y Ptabla ( en el eje y) vs Vesp (tabla) ( eje x), ambs en la misma grafica).

CUESTIONARIO:

CONCLUSION: