Fisicoquimica Presion de Vapor

UNMSM-FQIQ Laboratorio de Fisicoquímica I Presión de vapor

1

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE

SAN MARCOS

FACULTAD DE QUÍMICA, INGENIERÍA QUÍMICA E

INGENIERIA AGROINDUSTRIAL

Laboratorio de fisicoquímica i

Practica n° 3

PRESION DE VAPOR

INTEGRANTES :

Peralta Gutiérrez Nayda Rocío, 14070046

Sánchez Sánchez Gino Alexander , 14070153

Torres Rimey María Julia, 14070158

PROFESORA : Mercedes Puca Pacheco

FECHA DE PRÁCTICA : 03/10/15

FECHA DE ENTREGA : 10/10/15


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Contenido

RESUMEN ............................................................................................................................................ 3

I-INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................ 4

II-OBJETIVOS ....................................................................................................................................... 5

III-PARTE TEÓRICA .............................................................................................................................. 6

IV-PARTE EXPERIMENTAL ................................................................................................................... 8

4.1 MATERIALES Y REACTIVOS ........................................................................................................... 8

4.2 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL ................................................................................................ 8

V-TABLA DE DATOS ............................................................................................................................. 9

VI-CÁLCULOS ..................................................................................................................................... 11

VII-TABLA DE RESULTADOS .............................................................................................................. 22

VIII-GRAFICOS ................................................................................................................................... 25

IX- DISCUSIÓN DE RESULTADOS ....................................................................................................... 26

X-CONCLUSIONES ............................................................................................................................. 27

XI-CUESTIONARIO ............................................................................................................................. 28

XII-REFERENCIAS ............................................................................................................................... 31

XIII-ANEXOS ...................................................................................................................................... 32

Artículo .......................................................................................................................................... 32


3

RESUMEN

En esta experiencia determinamos la presión de vapor de un líquido puro (agua) mediante el Método Estático, para esto trabajamos con temperaturas cercanas al punto de ebullición y observamos la variación de la presión de vapor con la disminución de la temperatura. Con los resultados obtenidos calculamos el valor experimental del calor latente de vaporización del agua. Para la determinación del ∆𝐻𝑣 𝑒𝑥𝑝 se obtuvo restando la presión atmosférica

menos la presión manométrica (esta a su vez empleando las alturas). En

diferentes temperaturas descendiendo 99°C hasta 80°C a razón de 1°C.

Se tabuló estos valores, para proceder a graficar 1/T x 10-3 vs Ln (P), y la

pendiente (m) de esta recta, por el método de mínimos cuadrados resultó:

𝑚 = −4.6772𝑥103𝐾 pero recordamos 𝑚 = −∆𝐻𝑣

𝑅.

De esta última expresión hallamos el calor molar de vaporización Hv exp =

9.2936 Kcal mol⁄ pero comparando con su valor teórico 𝐻𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 = 9.92396 kcal/

mol hallamos un % de error de 6.35.

En cambio para la determinación de del∆𝐻𝑣 𝑒𝑥𝑝se utilizó la ecuación de Clausius-

Clapeyron,en donde se utilizó las presiones a temperaturas de 99 oC a 80 oC ,pero

se tomó extremo a extremo por ejemplo el 99oC con 80oC y 98oC con 81oC,este

método también es conocido como método de pares. Y así obtuvimos los

diferentes, al final se promedió estos valores y obtuvimos: ∆𝐻𝑣𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 = 9.1131 𝐾𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄

Y contrastando con el valor teórico de entalpia de vaporización

∆𝐻𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 = 9.92396 kcal/mol obtuvimos un % de error de 8.17.


4

I-INTRODUCCIÓN

Como bien se sabe, hay muchas sustancias que volatilizan con facilidad, es decir,

pasar del estado líquido o sólido a uno gaseoso. Pues la propiedad que quizás

más se relaciona con dicha propiedad es la que se estudiará en la presente

práctica: presión de vapor. La cual se define como la presión a la cual el líquido y

vapor se encuentran en equilibrio, y cabe resaltar que depende de la temperatura

mas no de la cantidad de líquido (propiedad intensiva).

Cada líquido tiene una presión de vapor característica a una temperatura dada. En

el caso de mezclas, la presión de vapor depende de sus componentes (naturaleza

y proporciones relativas para ser más precisos).

La presión de vapor tiene múltiples aplicaciones: intercambiadores de calor (el

vapor eleva la temperatura del producto por transferencia de calor), generación de

electricidad (turbina de vapor), etc. Debido a esto la importancia de estudiar la

presión de vapor.


5

II-OBJETIVOS

Determinar la presión de vapor de los líquidos a temperaturas mayores que

la ambiental mediante el método estático ´

Calcular el calor molar de vaporización del líquido de forma experimental,

utilizando dos métodos: el gráfico y promediando.


6

III-PARTE TEÓRICA

Presión de vapor:

Presión de vapor o más comúnmente presión de saturación es la presión a la que

a cada temperatura la fase líquida y vapor se encuentran en equilibrio dinámico;

su valor es independiente de las cantidades de líquido y vapor presentes mientras

existan ambas.

En la situación de equilibrio, las fases reciben la denominación de líquido saturado

y vapor saturado. Esta propiedad posee una relación inversamente proporcional

con las Fuerzas de Atracción Intermoleculares, debido a que cuanto mayor sea el

módulo de las mismas, mayor deberá ser la cantidad de energía entregada (ya

sea en forma de calor u otra manifestación) para vencerlas y producir el cambio de

estado.

El factor más importante que determina el valor de la presión de saturación es la

propia naturaleza del líquido, encontrándose que en general entre líquidos de

naturaleza similar, la presión de vapor a una temperatura dada es tanto menor

cuanto mayor es el peso molecular del líquido.

Características Principales:

El valor de la presión de vapor es independiente de las cantidades del líquido y vapor, mientras haya presente cualquier superficie libre del líquido. Este valor depende en realidad de la cantidad de moléculas ganadas o perdidas por el líquido.

A mayor área expuesta al vapor, mayor será la cantidad de moléculas ganadas por el líquido.

La composición del líquido es determinante en el valor de la presión de vapor durante el equilibrio.

A mayor peso molecular menor valor en la presión de vapor. Este tipo de tratamiento permite además obtener los valores del calor y de

la entropía de vaporización del líquido


7

Variación de la presión de vapor con la temperatura:

Ecuación de Clausius-Clapeyron:

La relación de Clausius-Clapeyron determina la pendiente de dicha curva.

Matemáticamente se puede expresar como:

donde es la pendiente de dicha curva, es el calor latente o entalpía del

cambio de fase y es el volumen.

Calor latente de vaporización:

Se define como el calor necesario para el cambio de estado de líquido a gas por

cada gramo de sustancia, que se obtiene generalmente a 1 atm de presión. Para

un mol se expresa como ∆Hv. Este calor se relación con el cambio de energía

mediante.

∆𝑈 = ∆𝐻 − ∆(𝑃𝑉)

Donde a presiones moderadas el ∆V es el volumen del vapor formado, ya que el

volumen del líquido puede despreciarse, el volumen del vapor puede calcularse

mediante la ley del gas ideal.

https://es.wikipedia.org/wiki/Rudolf_Clausius

https://es.wikipedia.org/wiki/%C3%89mile_Clapeyron


8

IV-PARTE EXPERIMENTAL

4.1 MATERIALES Y REACTIVOS

Cocinilla eléctrica.

Balón.

Termómetro.

Manómetro de mercurio.

Llave de triple paso

Soporte universal

Papel milimetrado.

Agua destilada

4.2 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Se armó el equipo de acuerdo a la figura. , se colocó un papel milimetrado

detrás del manómetro de mercurio. Y marcar el nivel inicial de mercurio

como nivel de referencia.

Se calentó el balón que contenía el agua destilada (conectando este al

ambiente por medio de la llave de triple paso) hasta 100°C, para luego

retirar la cocinilla y evitar sobrecalentamiento.

Una vez llegado a los 100°C, se giró la llave de triple paso para conectar el

balón al manómetro. Luego de esto, se observó el descenso de la

temperatura e ir marcando en el papel milimetrado los niveles cada 1°C

hasta llegar a los 80°C.

Nota: Una vez terminado el procedimiento, nuevamente se debió girar la

llave de triple paso, para evitar que el mercurio ingrese al balón.


9

V-TABLA DE DATOS

Tabla N°1: Condiciones

P(mmHg) T(ºC) % H.R

756 22 94

Tabla N°2: Datos teóricos

T(ºC) T(ºK) Pvapor(mmHg)

99 372.15 733.24

98 371.15 707.27

97 370.15 682.07

96 369.15 657.62

95 368.15 633.90

94 367.15 610.90

93 366.15 588.60

92 365.15 566.99

91 364.15 546.05

90 363.15 525.76

89 362.15 506.10

88 361.15 487.10

87 360.15 468.70

86 359.15 450.90

85 358.15 433.60

84 357.15 416.80

83 356.15 400.60

82 355.15 384.90

81 354.15 369.70

80 353.15 355.10


10

Tabla N°3: Desplazamiento del mercurio:

T(ºC) h(mm) Δh(mm)

99 16 32

98 30 60

97 42 84

96 56 112

95 71 142

94 80 160

93 88 176

92 98 196

91 107 214

90 117 234

89 126 252

88 133 266

87 142 284

86 151 302

85 160 320

84 166 332

83 172 344

82 178 356

81 184 368

80 191 382


11

VI-CÁLCULOS

Utilizando los datos de la tabla 1 obtenida en el laboratorio, determinamos

la presión de vapor a través

𝑃𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 + 𝑃𝑚𝑎𝑛𝑜𝑚𝑒𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 = 𝑃𝑎𝑡𝑚𝑜𝑠𝑓𝑒𝑟𝑖𝑐𝑎

Como el manómetro es de mercurio, la presión del manómetro será la distancia

desplazada del mercurio en el laboratorio.

𝑃𝑚𝑎𝑛𝑜𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 = 2h por lo tanto

𝑃𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 = 𝑃𝑎𝑡𝑚𝑜𝑠𝑓𝑒𝑟𝑖𝑐𝑎 – 2h

𝑃𝑣1 = 756mmHg – 32mmHg = 724mmHg

𝑃𝑣2=756mmHg -60mmHg = 696mmHg

𝑃𝑣3=756mmHg-84mmHg=672mmHg
















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Preparamos la siguiente tabla para graficar (valores experimentales)

HT(K) 1/TX10-3 Ln(P) P(mmHg)

372.15 2.68709 6.5848 724

371.15 2.69433 6.5453 696

370.15 2.70161 6.5103 672

369.15 2.70893 6.4583 638

368.15 2.71628 6.4265 618

367.15 2.72368 6.3902 596

366.15 2.73112 6.3421 568

365.15 2.73861 6.3244 558

364.15 2.74612 6.2916 540

363.15 2.75368 6.2538 520

362.15 2.76129 6.2226 504

361.15 2.76893 6.1821 484

360.15 2.77662 6.1442 466

359.15 2.78435 6.1048 448

358.15 2.79213 6.0730 434

357.15 2.79994 6.0307 416

356.15 2.80781 5.9965 402

355.15 2.81571 5.9610 388

354.15 2.82366 5.9349 378

353.15 2.83166 5.9216 373


13

Calcularemos el calor molar de vaporización de la muestra, usando los

datos de la gráfica Ln P vs 1/TX10-3 y la ecuación de Clausius –

Clapeyron

Figura 1 Resolviendo por mínimos cuadrados la pendiente sale:

m= −4.6772𝑥103𝐾 Entonces:

−∆𝐻𝑣

𝑅= 𝑚

R = 1.987 cal/mol K

−∆𝐻𝑣

1.987 cal/mol K= −4677.2𝐾

∆𝐻𝑣 = 9293.596𝑐𝑎𝑙

𝑚𝑜𝑙

∆𝐻𝑣 = 9,2936𝑘𝑐𝑎𝑙

𝑚𝑜𝑙

Obtenemos el calor molar de vaporización: ∆𝐻𝑣 𝑒𝑥𝑝 = 9.2936 𝐾𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄

y = -4.6777x + 19.137 5.8

5.9

6

6.1

6.2

6.3

6.4

6.5

6.6

6.7

2.66 2.68 2.7 2.72 2.74 2.76 2.78 2.8 2.82 2.84

Ln(P) vs 1/T x10-3


14

Ahora calculando el porcentaje de error:

El valor teórico de entalpia de vaporización = 9.92396 kcal/mol

𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 % = |𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 − 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙

𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜| 𝑥100%

𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 % = |9.92396 − 9,2936

9.92396| 𝑥100%

𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 % = 6.35

Utilizando la ecuación de clausius-clapeyron :

(2,3) log (𝑃2

𝑃1) =

∆𝐻𝑣

𝑅(

𝑇2 − 𝑇1

𝑇2. 𝑇1)

𝑅 × (2,3) log (𝑃2

𝑃1) = ∆𝐻𝑣 × (

1

𝑇1−

1

𝑇2)

De 99 a 80 ∆𝐻𝑣(2,8317 − 2,6871)10−3 = 1,987 × (2,3) log (724

373)

∆𝐻𝑣 = 9,1095 𝐾𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄

De 98 a 81 ∆𝐻𝑣(2,8237 − 2,6943)10−3 = 1,987 × (2,3) log (696

378)

∆𝐻𝑣 = 9.3633 𝐾𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄

De 97 a 82 ∆𝐻𝑣(2,8157 − 2,7016)10−3 = 1,987 × (2,3) log (672

388)


De 96 a 83 ∆𝐻𝑣(2,8078 − 2,7089)10−3 = 1,987 × (2,3) log (638

402)


De 95 a 84 ∆𝐻𝑣(2,7999 − 2,7163)10−3 = 1,987 × (2,3) log (618

416)


15


De 94 a 85 ∆𝐻𝑣(2,7921 − 2,7237)10−3 = 1,987 × (2,3) log (596

434)

∆𝐻𝑣 = 9.20411 𝐾𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄

De 93 a 86 ∆𝐻𝑣(2,7844 − 2,7311)10−3 = 1,987 × (2,3) log (568

448)


De 92 a 87 ∆𝐻𝑣(2,7766 − 2,7386)10−3 = 1,987 × (2,3) log (558

466)


De 91 a 88 ∆𝐻𝑣(2,7689 − 2,7461)10−3 = 1,987 × (2,3) log (540

484)


De 90 a 89 ∆𝐻𝑣(2,7613 − 2,7536)10−3 = 1,987 × (2,3) log (520

504)


∆𝐻𝑣𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 =9,1095 + 9.3633 + 9,5543 + 9.2693 + 9.3969 + 9.20411 + 8,8376 + 8,8092 + 9.5307 + 8,0557

10

∆𝐻𝑣𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 = 9.1131 𝐾𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄

El valor teórico de entalpia de vaporización = 9.92396 kcal/mol

𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 % = |𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 − 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙

𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜| 𝑥100%

𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 % = |9.92396 − 9.1131

9.92396| 𝑥100%

𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 % = 8.17


16

Preparamos la siguiente tabla para graficar (valores teóricos)

HT(K) 1/TX10-3 𝑷𝒗𝑯𝟐𝑶 Ln(P)

372.15 2.68709 733,2 6,60

371.15 2.69433 707,3 6,56

370.15 2.70161 682,1 6,53

369.15 2.70893 657,6 6,49

368.15 2.71628 633,9 6,45

367.15 2.72368 610,9 6,41

366.15 2.73112 588,6 6,38

365.15 2.73861 567.0 6,34

364.15 2.74612 546,1 6,30

363.15 2.75368 525,8 6,26

362.15 2.76129 506,1 6,23

361.15 2.76893 487,1 6,19

360.15 2.77662 468,7 6,15

359.15 2.78435 450,9 6,11

358.15 2.79213 433,6 6,07

357.15 2.79994 416,8 6,03

356.15 2.80781 400,6 5,99

355.15 2.81571 384,9 5,95

354.15 2.82366 369,7 5,91

353.15 2.83166 355,1 5,87


17

Calcularemos el ∆𝐻𝑣 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 usando los datos de la gráfica Ln P vs 1/T y la

ecuación de Clausius – Clapeyron.

Figura 2 m=-5.0409x103 K

Mediante la gráfica

Teniendo la ecuación: 𝐿𝑛 𝑃 = −5,0409 × 103 (1

𝑇) + 𝑏 (∝)

Recordemos que: ln 𝑃 = −(∆𝐻𝑣)

𝑅(

1

𝑇) + 𝐶 (𝛽)

De ∝ y 𝛽:

−(∆𝐻𝑣)

𝑅= −5,0409 × 103

−(∆𝐻𝑣) = −5,0409 × 103 × 𝑅

∆𝑯𝒗 𝒕𝒆ó𝒓𝒊𝒄𝒐 = 𝟏𝟎. 𝟎𝟏𝟒𝟗 𝒌𝒄𝒂𝒍 𝒎𝒐𝒍⁄

y = -5.0409x + 20.145

5.8

5.9

6

6.1

6.2

6.3

6.4

6.5

6.6

6.7

2.66 2.68 2.7 2.72 2.74 2.76 2.78 2.8 2.82 2.84

Ln(Pv ) vs 1/T x10-3

Serie 1

Lineal (Serie 1)


18

Obtenemos el calor molar de vaporización: ∆𝐻𝑣 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 = 10,0149 𝐾𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄

∆𝐻𝑣 𝑒𝑥𝑝 = 9.2936 𝐾𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄

𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 % = |10.0149 − 9.2936

10.01488| 𝑥100%

𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 % = 7.20

Estableceremos una expresión matemática de la presión de vapor con la

temperatura.

Recordemos:

ln 𝑃 = −(∆𝐻𝑣)

𝑅(

1

𝑇) + 𝐶

Despejamos “C”

ln 𝑃 +(∆𝐻𝑣)

𝑅(

1

𝑇) = 𝐶 (1)

Con los datos de la gráfica 𝐿𝑛 𝑃 𝑣𝑠 𝑇−1, reemplazamos los valores en la

ecuación (1)

Por ejemplo:

Para 99°C

6,58 +(9293.596 𝑘𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄ )

1,987 𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄(

1

372,15) = 𝐶

𝐶 = 19.15

Para 98

6,54 +(9293.596 𝑘𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄ )


1

371,15) = 𝐶

𝐶 = 19.14


19

Para 97

6,51 +(9293.596 𝑘𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄ )


1

370,15) = 𝐶

𝐶 = 19.15

Para 96

6,45 +(9293.596 𝑘𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄ )


1

369,15) = 𝐶

𝐶 = 19.12

Para 95

6,43 +(9293.596 𝑘𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄ )


1

368,15) = 𝐶

𝐶 = 19.13

Para 94

6,39 +(9293.596 𝑘𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄ )


1

367,15) = 𝐶

𝐶 = 19.13

Para 93

6,34 +(9293.596 𝑘𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄ )


1

366,15) = 𝐶

𝐶 = 19.11

Para 92

6,29 +(9293.596 𝑘𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄ )


1

365,15) = 𝐶

𝐶 = 19.10

Para 91

6,25 +(9293.596 𝑘𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄ )


1

364,15) = 𝐶

𝐶 = 19.15

Para 90

6,22 +(9293.596 𝑘𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄ )


1

363,15) = 𝐶

𝐶 = 19.10


20

Para 89

6,18 +(9293.596 𝑘𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄ )


1

362,15) = 𝐶

𝐶 = 19.10

Para 88

6,14 +(9293.596 𝑘𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄ )


1

361,15) = 𝐶

𝐶 = 19.10

Para 87

6,10 +(9293.596 𝑘𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄ )


1

360,15) = 𝐶

𝐶 = 19.09

Para 86

6,07 +(9293.596 𝑘𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄ )


1

359,15) = 𝐶

𝐶 = 19.09

Para 85

6,06 +(9293.596 𝑘𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄ )


1

358,15) = 𝐶

𝐶 = 19.12

Para 84

6.03 +(9293.596 𝑘𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄ )


1

357,15) = 𝐶

𝐶 = 19.13

Para 83

5.99 +(9293.596 𝑘𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄ )


1

356,15) = 𝐶

𝐶 = 19.12


21

Para 82

5.96 +(9293.596 𝑘𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄ )


1

355,15) = 𝐶

𝐶 = 19.13

Para 81

5.93 +(9293.596 𝑘𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄ )


1

354,15) = 𝐶

𝐶 = 19.14

Para 80

5.92 +(9293.596 𝑘𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄ )


1

353,15) = 𝐶

𝐶 = 19.16

𝐶𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 = 19.06


22

VII-TABLA DE RESULTADOS

8.1MÉTODO GRAFICO

TABLA Nº3

T(ºC) T(ºK) 1/T (ºK)X10-3 h(mmHg) Pvapor(mmHg) Ln(Pv)

99 372.15 2.6870 32 724 6.5848

98 371.15 2.6943 60 696 6.5453

97 370.15 2.7016 84 672 6.5103

96 369.15 2.7089 112 644 6.4583

95 368.15 2.7163 142 614 6.4265

94 367.15 2.7237 160 596 6.3902

93 366.15 2.7311 176 580 6.3421

92 365.15 2.7386 196 560 6.3244

91 364.15 2.7461 214 542 6.2916

90 363.15 2.7537 234 522 6.2538

89 362.15 2.7613 252 504 6.2226

88 361.15 2.7689 266 490 6.1821

87 360.15 2.7746 284 472 6.1442

86 359.15 2.7844 302 454 6.1048

85 358.15 2.7921 320 436 6.0730

84 357.15 2.7999 332 424 6.0307

83 356.15 2.8078 344 412 5.9965

82 355.15 2.8157 356 400 5.9610

81 354.15 2.8237 368 388 5.9349

80 353.15 2.8317 382 374 5.9216


23

8.2 RESULTADOS TEÓRICOS

TABLA Nº4

HT(K) 1/TX10-3 Ln(Pv) P(mmHg)

372.15 2.68709 6.5848 6.4265

371.15 2.69433 6.5453 6.3902

370.15 2.70161 6.5103 6.3421

369.15 2.70893 6.4583 6.3244

368.15 2.71628 6.4265 6.2916

367.15 2.72368 6.3902 6.2538

366.15 2.73112 6.3421 6.2226

365.15 2.73861 6.3244 6.1821

364.15 2.74612 6.2916 6.1442

363.15 2.75368 6.2538 6.1048

362.15 2.76129 6.2226 6.0730

361.15 2.76893 6.1821 6.0307

360.15 2.77662 6.1442 5.9965

359.15 2.78435 6.1048 5.9610

358.15 2.79213 6.0730 5.9349

357.15 2.79994 6.0307 5.9216

356.15 2.80781 5.9965 6.4265

355.15 2.81571 5.9610 6.3902

354.15 2.82366 5.9349 6.3421

353.15 2.83166 5.9216 6.3244


24

8.3 RESULTADOS COMPARATIVOS (Experimental-Teórico)

TABLA N°5

T(ºC) T(ºK) 1/T (ºK)X10-3 Pvapor(mmHg) Experimental

Pvapor(mmHg) Teórico

99 372.15 2.6870 724 6.4265

98 371.15 2.6943 696 6.3902

97 370.15 2.7016 672 6.3421

96 369.15 2.7089 644 6.3244

95 368.15 2.7163 614 6.2916

94 367.15 2.7237 596 6.2538

93 366.15 2.7311 580 6.2226

92 365.15 2.7386 560 6.1821

91 364.15 2.7461 542 6.1442

90 363.15 2.7537 522 6.1048

89 362.15 2.7613 504 6.0730

88 361.15 2.7689 490 6.0307

87 360.15 2.7746 472 5.9965

86 359.15 2.7844 454 5.9610

85 358.15 2.7921 436 5.9349

84 368.15 2.7999 424 5.9216

83 356.15 2.8078 412 6.4265

82 355.15 2.8157 400 6.3902

81 354.15 2.8237 388 6.3421

80 353.15 2.8317 374 6.3244


25

VIII-GRAFICOS

Ecuación de Clausius-Clapeyron

Experimentalmente

Teóricamente

y = -4.6777x + 19.137 5.8

5.9

6

6.1

6.2

6.3

6.4

6.5

6.6

6.7

2.66 2.68 2.7 2.72 2.74 2.76 2.78 2.8 2.82 2.84

Ln(P) vs 1/T x10-3

y = -5.0409x + 20.145

5.8

5.9

6

6.1

6.2

6.3

6.4

6.5

6.6

6.7

2.66 2.68 2.7 2.72 2.74 2.76 2.78 2.8 2.82 2.84

Ln(Pv ) vs 1/T x10-3

Serie 1

Lineal (Serie 1)


26

IX- DISCUSIÓN DE RESULTADOS

El ∆Hv exp (6.35% error) por el método gráfico tiene menos porcentaje de

error que el obtenido por la ecuación de Clausius Clapeyron (8.17% error).

Cuando hallamos el ∆Hv teorico(método gráfico) con los valores teóricos de

la presión de vapor de agua, obtuvimos que este resulto ser ligeramente

mayor que el valor teorico en handbook. (Error 7.20 %)


27

X-CONCLUSIONES

A medida que la temperatura disminuye, también lo hace la presión de

vapor.

En la determinación del ∆𝑯𝒗 𝒆𝒙𝒑 , el método grafico es mucho más preciso

(determina un menor porcentaje de error al compararlo con el valor teórico)

que utilizar ecuación de Clausius Clapeyron.

La presión de vapor es independiente del volumen del espacio sobre el

líquido y del volumen del líquido.


28

XI-CUESTIONARIO

1. Indique otros métodos para la determinación de la presión de vapor

Método el isoteniscopio de Smith y Menzies

Consta de una ampolla de vidrio de alrededor de 2 cm de diámetro conectada a un pequeño tubo en U con ramas de aproximadamente 3 a 4 cm de longitud. El principio del aparato es que la tensión de vapor en la ampolla es equilibrada por una presión de aire variable en el recipiente externo, de modo que el líquido alcanza el mismo nivel en las dos ramas del tubo en U. Entonces la presión registrada por el manómetro es igual a la presión barométrica menos la tensión de vapor. La temperatura de la ampolla es la del baño en la que está sumergida; es preferible un pequeño termostato de paredes de vidrio con un tipo de instrumento de control que permita rápido ajuste de temperatura. La presión de aire se regula con la llave que conecta con una bomba de vacío, y otra llave admite aire a través de una salida capilar.(También se pueden admitir pequeñas dosis de aire teniendo dos llaves con un pequeño volumen entre ellas) El frasco grande actúa como amortiguador para estabilizar la presión; se lo debe cubrir con un filtro de tela de alambre para disminuir las fluctuaciones de temperatura y proteger contra la proyección de vidrios en caso de que se rompa por el vacio.Para hacer la determinación, primero se arma el aparato y se ensaya si hay perdidas. Luego se introduce líquido, de modo que en las dos ampollas estén llenas hasta alrededor de dos tercios de su volumen. Se reduce la presión para que el líquido en una de las ampollas hierva de modo de desplazar el aire del isoteniscopio. Entonces, se restablece cuidadosamente la presión abriéndola llave hasta que el líquido en la otra ampolla se mantenga a nivel y se mantiene este equilibrio mientras el isoteniscopio alcanza la temperatura del termostato. Se realiza cuidadosamente el ajuste final de la presión para llevar las columnas liquidas de la ampolla al mismo nivel, tan exactamente como se pueda juzgar por observación visual. Se leen, entonces, el termómetro, el manómetro y el barómetro. Se debe repetir el proceso de evacuación y medida de la tensión de vapor para asegurar que el aire se ha eliminado completamente. Si se reproduce el resultado, pueden realizarse mediciones a otras temperaturas, teniendo cuidado de que no entre aire en la ampolla. Se debe da tiempo suficiente para que el líquido y el baño se equilibren a cada temperatura; en ese momento la tensión de vapor debe permanecer indefinidamente constante. El isoteniscopio es particularmente adecuado para el intervalo de temperaturas de 20°C a 150°C y para tensiones de vapor desde 10 cm hasta 1 atmosfera.


29

Método de Ramsay y Young

Es este un método ingenioso para obtener con exactitud puntos de ebullición de un líquido a presión reducida. Se evita el sobrecalentamiento y se requiere relativamente poco líquido. Se cubre el bulbo del termómetro con una delgada envoltura de algodón en rama que se mantiene humedecida con el líquido en estudio, regulándose la llave de la ampolla de decantación de modo de producir un flujo liquido muy lento, suficiente para reemplazar al que se evapora. La película liquida que rodea al bulbo se calienta solo por radiación del tubo exterior sumergido en el baño líquido. La temperatura del líquido se mantiene alrededor de 10°C a 20°C por encima de la indicada en el bulbo. Por lo tanto, no es necesario que el líquido este a una temperatura exactamente estable, pudiendo ser simplemente un vaso de precipitados grande con agua o aceite, calentado por un mechero Bunsen. En el vaso se mantiene una presión reducida mediante un dispositivo similar al usado con el isoteniscopio u otra forma de regulador automático de presión manóstato.

Al hacer una medición con este método se reduce primero la presión a alrededor de 30 mm. El líquido que rodea al bulbo del termómetro se evapora y la temperatura desciende. Si se mantiene la temperatura del baño dentro de los límites establecidos, se puede alcanzar una destilación regular, equilibrándose el suministro de calor por radiación con el enfriamiento por evaporización y el termómetro registrara una temperatura constante. Se anotan esta temperatura y la lectura manométrica. A esta temperatura el líquido tiene una tensión de vapor igual a la presión controlada en el aparato, puesto que el líquido está rodeado por una película de vapor libre de aire en los intersticios del algodón, con la que está en equilibrio. Se toman otras lecturas con presiones y temperaturas mayores hasta que se alcance una tensión de vapor de 1 atmosfera. Si toda la columna termométrica está en la zona calentada no es necesaria la corrección por el vástago emergente, pero puede ser necesaria una corrección por efecto de la presión reducida-probablemente 0.1° a 0.2° a las presiones menores-Por supuesto que esta corrección se realiza sin liquido en el algodón, y puede suponerse que es proporcional a la variación de presión e independiente de la temperatura, excepto cuando se trata de temperaturas elevadas.

MÉTODO DE SATURACIÓN GASEOSA Se hace burbujear lentamente un volumen conocido de un gas inerte a través de un líquido, el cual se mantiene a temperatura constante en un termostato. La presión del vapor se calcula mediante una determinación de la cantidad de vapor contenida en el gas saliente o por la pérdida de peso del líquido.


30

2. Explique la relación entre punto de ebullición de un líquido y su presión de

vapor.

El punto de ebullición se define como: El valor de la temperatura a la cual la

presión de vapor saturado de un líquido cualquiera alcanza la presión a la cual

está sometido.

Para explicar esto a detalle, imaginemos que tenemos un líquido en un recipiente

abierto, cuya presión de vapor a cierta temperatura es menor que la presión

atmosférica (presión a la cual sometemos al líquido), la cantidad de moléculas que

adopten el estado gaseoso y abandonen el recipiente será muy poca, debido al

constante choque entre ellas, generando una evaporación lenta, lo cual, a medida

que aumenta la temperatura, aumentan la cantidad de moléculas que abandonan

el recipiente, incrementando la evaporación, yendo a la definición previa, cuando

la temperatura del sistema llega a un punto en el cual la presión de vapor y la

presión que lo rodea son iguales, la evaporación se produce en todo el líquido, por

lo cual afirmamos que ha llegado al punto de ebullición.

3.Defina lo siguiente:

VAPOR SATURADO

Es el vapor a la temperatura de ebullición, es decir el que se desprende cuando el

líquido hierve y este se presenta a presiones y temperaturas en las cuales el vapor

(gas) y el agua (liquido) pueden coexistir juntos. En otras palabras, esto ocurre

cuando el rango de vaporización del agua es igual al

PUNTO DE EBULLICION

Temperatura a la cual se produce la transición de la fase líquida a la gaseosa. En

el caso de sustancias puras a una presión fija, el proceso de ebullición o de

vaporización ocurre a una sola temperatura; conforme se añade calor la

temperatura permanece constante hasta que todo el líquido ha hervido, y dentro

de las propiedades fisicoquímicas termina siendo una propiedad intensiva ya que

no depende de la masa de sustancia que tengas.

PUNTO DE EBULLICION NORMAL

El punto normal de ebullición se define como el punto de ebullición a una presión

total aplicada de 101.325 kilopascales (1 atm); es decir, la temperatura a la cual la

presión de vapor del líquido es igual a una atmósfera.


31

XII-REFERENCIAS

H. Perry y D.W Green, “Perry’s Chemical Engineering Handbook “,6°

ed.Edit.McGraw-Hill, Nueva York .pag. 3-77.

CASTELLAN, Gilbert W. Fisicoquímica, segunda edición. México: Fondo

Educativo Interamericano S.A., 1974. Pág. 785.

DILLARD, Clyde y GOLDBERG, David. Química: reacciones, estructuras,

propiedades. México: Fondo Educativo Interamericano S.A., 1977. Pág.

414-415.


32

XIII-ANEXOS

Artículo

Aplicaciones Principales para el Vapor de Agua

El vapor es usado en un gran rango de industrias. Las aplicaciones más comunes

para el vapor son, por ejemplo, procesos calentados por vapor en fábricas y

plantas, y turbinas impulsadas por vapor en plantas eléctricas, pero el uso del

vapor en la industria se extiende más allá de las antes mencionadas.

Algunas de las aplicaciones típicas del vapor para las industrias son:

Esterilización/Calentamiento

Impulso/Movimiento

Motriz

Atomización

Limpieza

Hidratación

Humidificación

En las secciones siguientes, discutiremos varios tipos de aplicaciones para el

vapor, y proveeremos de algunos ejemplos de equipos usuarios de vapor.

Vapor para Calentamiento

Vapor de Presión Positiva

El vapor generalmente es producido y distribuido en una presión positiva. En la

mayoría de los casos, esto significa que es suministrado a los equipos en

presiones mayores a 0 MPaG (0 psig) y a temperaturas mayores de 100°C

(212°F).

Las aplicaciones de calentamiento para vapor a presión positiva se pueden

encontrar en plantas procesadoras de alimentos, plantas químicas, y refinerías

solo por nombrar algunas. El vapor saturado es utilizado como la fuente de

calentamiento para fluido de proceso en intercambiadores de calor, reactores,

reboilers, precalentadores de aire de combustión, y otros tipos de equipos de

transferencia de calor.

http://www.tlv.com/global/LA/steam-theory/principal-applications-for-steam.html#toc_1








33

Intercambiador de Calor de Tubos y Coraza

Figura 1.0

En un intercambiador de calor, el vapor eleva la temperatura del producto por

transferencia de calor, el cual después se convierte en condensado y es

descargado a través de una trampa de vapor.

Horno de Vapor

Figura 2.0

Vapor sobrecalentado entre 200 – 800°C (392 - 1472°F) a presión atmosférica es

particularmente fácil de manejar, y es usado en los hornos domésticos de vapor

vistos hoy en día en el mercado.


34

Vapor al Vacío

El uso de vapor para el calentamiento a temperaturas por debajo de 100°C

(212°F), tradicionalmente el rango de temperatura en el cual se utiliza agua

caliente, ha crecido rápidamente en los últimos años.

Cuando vapor saturado al vacío es utilizado en la misma forma que el vapor

saturado a presión positiva, la temperatura del vapor puede ser cambiada

rápidamente con solo ajustar la presión, haciendo posible el controlar la

temperatura de manera más precisa que las aplicaciones que usan agua caliente.

Sin embargo, en conjunto con el equipo se debe utilizar una bomba de vacío,

debido a que el solo reducir la presión no lo hará por debajo de la presión

atmosférica.

Calentamiento con Calor (Vapor) Latente

Figura 3.0

Comparado con un sistema de calentamiento de agua caliente, este sistema

ofrece rapidez, calentamiento balanceado. Se alcanza rápidamente la temperatura

deseada sin ocasionar un desbalance en la temperatura en si.

Vapor para Impulso/Movimiento

El vapor se usa regularmente para propulsión (así como fuerza motriz) en

aplicaciones tales como turbinas de vapor. La turbina de vapor es un equipo

esencial para la generación de electricidad en plantas termoeléctricas. En un

esfuerzo por mejorar la eficiencia, se han realizado progresos orientados al uso

del vapor a presiones y temperaturas aún mayores. Existen algunas plantas

termoeléctricas que utilizan vapor sobrecalentado a 25 MPa abs (3625 psia),

610°C (1130°F), presión supercrítica en sus turbinas.


35

Generalmente el vapor sobrecalentado se usa en las turbinas de vapor para

prevenir daños al equipo causados por la entrada de condensado. Sin embargo,

en ciertos tipos de plantas nucleares, el uso de vapor a lata temperatura se debe

de evitar, ya que podría ocasionar daños al material usado en las turbinas. Se

utiliza en su lugar vapor saturado a alta presión. En donde se usa vapor saturado,

generalmente se instalan separadores en la línea de suministro de vapor para

remover el condensado del flujo de vapor.

Además de la generación de energía, otras aplicaciones típicas de

impulso/movimiento son los compresores movidos por turbinas o las bombas, ej.

Compresor de gas, bombas para las torres de enfriamiento, etc.

Generador de Turbina

Figura 4.0

La fuerza motriz del vapor ocasiona

que los alabes giren, lo que ocasiona

rote el rotor que se encuentra

acoplado al generador de energía, y

esta rotación genera la electricidad.

Vapor como Fluido Motriz

El vapor puede ser usado de igual manera como una fuerza “motriz” para mover

flujos de líquido o gas en una tubería. Los eyectores de vapor son usados para

crear el vacío en equipos de proceso tales como las torres de destilación que son

utilizadas para purificar y separar flujos de procesos. Los eyectores también

pueden ser utilizados para la remoción continua del aire de los condensadores de

superficie, esto para mantener una presión de vacío deseada en las turbinas de

condensación (vacío).


36

Eyector para Condensador de Superficie

Figura 6.0

Vapor motriz de alta presión entra el eyector a través de la tobera de entrada y es

distribuido. Esto genera una zona de baja presión la cual arrastra aire del

condensador de superficie.

En un tipo similar de aplicación, el vapor también es el fluido motriz primario para

los drenadores de presión secundaria, los cuales son usados para bombear el

condensado de tanques receptores ventilados, tanques de flasheo, o equipos de

vapor que experimentan condiciones de Stall (inundación).

Vapor para Atomización

La atomización de vapor es un proceso en donde el vapor es usado para separar

mecánicamente un fluido. Por ejemplo, en algunos quemadores, el vapor es

inyectado en el combustible para maximizar la eficiencia de combustión y

minimizar la producción de hidrocarbonos (hollín). Calderas y generadores de

vapor que utilizan combustible de petróleo utilizaran este método para romper el

aceite viscoso en pequeñas gotas para permitir una combustión más eficiente.

también los quemadores (elevados) comúnmente utilizaran la atomización de

vapor para reducir los contaminantes a la salida.


37

Quemador Asistido por Vapor

Figura 7.0

En quemadores, generalmente

el vapor es mezclado en el gas

de desperdicio antes de la

combustión.

Vapor para Limpieza

El vapor es usado para limpiar un gran rango de superficies. Un ejemplo de la

industria es el uso del vapor en los sopladores de hollín. Las calderas que usan

carbón o petróleo como fuente de combustible deben estar equipadas con

sopladores de hollín para una limpieza cíclica de las paredes del horno y remover

los depósitos de la combustión de las superficies de convención para mantener la

eficiencia, capacidad y confiabilidad de la caldera.

Limpieza de la Tubería de la Caldera con los Sopladores de hollín

El vapor liberado fuera de la tobera

del soplador de hollín desaloja la

ceniza y suciedad seca, la cual caerá

en las tolvas o será arrastrado y

expulsado con los gases de

combustión.

Figura 8.0


38

Vapor para Hidratación

Algunas veces el vapor es usado para hidratar el proceso mientras se suministra

calor al mismo tiempo. Por ejemplo, el vapor es utilizado para la hidratación en la

producción del papel, así que ese papel que se mueve en los rollos a gran

velocidad no sufra rupturas microscópicas. Otro ejemplo son los molinos de

bolitas. Continuamente los molinos que producen las bolitas de alimento para

animales utilizan inyección-directa de vapor tanto para calentar como para

proporcionar contenido de agua adicional al que es suministrado en la sección de

acondicionamiento del molino.

Molino Acondicionador de Bolitas

Figura 9.0

La hidratación del alimento lo suaviza

y gelatiniza parcialmente el almidón

contenido en los ingredientes,

resultando en bolitas más firmes.

Vapor para Humidificación

Muchas grandes instalaciones industriales y comerciales, especialmente en climas

más fríos, utilizan vapor saturado a baja presión como la fuente de calor

predominante para calentamiento interior estacional. Las bobinas HVAC,

normalmente combinadas con humidificadores de vapor, son el equipo usado para

el acondicionamiento del aire, para confort interno, preservación de registros y

libros, y de control de infecciones. Cuando se calienta el aire frío por las bobinas

de vapor, la humedad relativa del aire gotea, y entonces deberá ser ajustada a los

niveles normales en adiciona una inyección controlada de vapor seco saturado en

la línea inferior del flujo de aire.

Humidificador de Vapor en Ductos de Aire

Figura 10.0

El vapor usado para humidificar el aire

dentro de un conducto de aire antes de ser

distribuido hacia otras áreas de un edificio.

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Fisicoquimica Presion de Vapor