3 informe variables de proceso PDF

Preview

Summary

DESCRIBE VARIABLES DE PROCESO...

Description

INFORME DE LABORATORIO

Variables de Procesos Fecha: Carrera:

Asignatura:

Grupo: G

Integrantes: Nombre Completo Mishell Valentina Romero Pérez Jean Paol lázaro Jaimes Jensen Sleiner Figueredo Pérez Kensy Andreina Parra Conde Derly Yureixa Granados Suarez

Código 1192904 1192756 1980958 1980968 1980978

1. Resumen Dentro de una planta química se desarrollan en general operaciones unitarias y procesos unitarios según ocurran sólo cambios físicos o cambios químicos respectivamente. La unificación de todos ellos constituye la llamada unidad de proceso. Asimismo, los procesos industriales tienen su propósito principal el de transformar materias primas en un producto final. Durante el proceso de la producción de estos bienes, se tienen diversos procesos, ya sea que sean reutilizados los materiales, o se convierta energía para producir el producto final. En general, el balance de materia de una unidad de proceso implica balances individuales en los diferentes aparatos que la forman. Cualquiera que sea la situación, existirán siempre materiales que entran y materiales que salen. En el diseño de estas unidades individuales, así como en el control de operación de las mismas deben conocerse una serie de datos tales como: masas, volúmenes, presiones, temperaturas, composiciones, etc., llamadas también variables de proceso. Existen muchas otras variables, como por ejemplo densidad y pH de una solución, pero estas variables son específicas para casos particulares de algunos procesos y por lo tanto, se tendrán en cuenta solo en los procesos químicos que las prevén. Los instrumentos son diseñados para medir, indicar, controlar o almacenar la información de las variables del proceso, además de manipular mecanismos que controlen diversos estados de un proceso. La regulación requiere equipos

INFORME DE LABORATORIO

Variables de Procesos (instrumentos) capaces de comparar el valor de la variable detectada con un valor predeterminado, y de intervenir sobre los parámetros de los cuales tales variables dependen para corregir la desviación del valor predeterminado o para impartir las variaciones con secuencias y tiempos programados. Algunos procesos son muy similares, pero eso no significa que sean exactamente iguales, por lo tanto, no todos los procesos tienen las mismas necesidades de control. 2. Palabras clave Alteración, Materia, Flujo másico, Flujo volumétrico, Magnitud, Grados Baumé, bulbo, picnómetro 3. Abstract Within a chemical plant, unit operations and unit processes are generally developed according to only physical changes or chemical changes respectively. The unification of all of them constitutes the so-called process unit. Likewise, industrial processes have their main purpose to transform raw materials into a final product. During the process of the production of these goods, there are various processes, whether the materials are reused, or energy is converted to produce the final product. In general, the mass balance of a process unit involves individual balances in the different devices that comprise it. Whatever the situation, there will always be materials going in and materials going out. In the design of these individual units, as well as in the control of their operation, a series of data such as: masses, volumes, pressures, temperatures, compositions, etc., also called process variables, must be known. There are many other variables, such as density and pH of a solution, but these variables are specific for particular cases of some processes and therefore, they will be taken into account only in the chemical processes that foresee them. The instruments are designed to measure, indicate, control or store the information of the process variables, in addition to manipulating mechanisms that control different states of a process. Regulation requires equipment (instruments) capable of comparing the value of the detected variable with a predetermined value, and of intervening on the parameters on which such variables depend to correct the deviation from the predetermined value or to impart the variations with programmed sequences and times.

INFORME DE LABORATORIO

Variables de Procesos Some processes are very similar, but that does not mean that they are exactly the same, therefore, not all processes have the same control needs. 4. Keywords Alteration, Matter, Mass flow, Volume flow, Magnitude, Baumé degrees, bulb, pycnometer. 5. Introducción En la industria se llevan procesos a gran escala que necesitan un gran conocimiento acerca de ciertos temas como la temperatura que es el grado o nivel térmico de un cuerpo o de la atmosfera, y conocer otros como flujo volumétrico o la densidad industrial el cual hacen parte actualmente de demasiados trabajos en diferentes tipos de industria, procesos de transformación de materia prima, cálculos que llevaran a agilizar tareas en el campo industrial. Existen muchas variables a medir y, que son de interés industrial. Dichas variables pueden clasificarse en físicas y químicas. Típicamente en la instrumentación industrial se consideran las siguientes cuatro variables como las principales: • Presión • Nivel • Flujo o caudal • Temperatura Sin embargo, existen más variables como, por ejemplo: peso, humedad, conductividad, velocidad, densidad, concentración de un reactivo 6. Marco teórico Las características de la materia que sirven para definirla y diferenciarla de las denomina propiedades. Entre las propiedades de las propiedades de la materia se pueden distinguir propiedades físicas y propiedades químicas. Las propiedades físicas constituyen aquellas propiedades de los cuerpos que pueden medirse o apreciarse sin producir ninguna alteración en la constitución de la materia, mientras que en las propiedades químicas implican una alteración en la constitución de la materia.

INFORME DE LABORATORIO

Variables de Procesos Algunas de las propiedades físicas de los sólidos, líquido y gases de mucha importancia y de gran utilidad en la química son la temperatura, masa, volumen y la densidad. Siendo la masa y el volumen dos propiedades que en los procesos industriales se suelen expresar en función del tiempo para los fluidos conociéndose dichas propiedades como flujos másico y flujos volumétricos respectivamente. OBJETIVO GENERAL. Realizar mediciones de magnitudes comunes a propiedades físicas. OBJETIVO ESPECÍFICOS. Realizar medidas que se aproximen al valor verdadero mediante los instrumentos de medición. Determinar las temperaturas de fusión y ebullición del agua. Determinar el flujo volumétrico y másico del agua Calcular la densidad de una solución ácido clorhídrico, sustancias usada a nivel industrial VARIABLE DE PROCESO Una variable de proceso es una condición física o química del proceso que es de interés medir y/o controlar ya que puede alterar el proceso de manufactura de alguna manera. En todo proceso existen diversas variables, las cuales pueden afectar la entrada o salida del proceso. Dichas variables pueden clasificarse en físicas y químicas. Típicamente en la instrumentación industrial se consideran las siguientes cuatro variables como las principales:     

Temperatura Presión Flujo o caudales de entrada y salida del sistema Viscosidad del compuesto Densidad

Son las variables más comunes en los procesos industriales, las cuales son monitoreadas por medio de la instrumentación del proceso. Sin embargo,

INFORME DE LABORATORIO

Variables de Procesos existen más variables como, por ejemplo: peso, humedad, conductividad, velocidad, densidad, concentración de un reactivo, etc. En los procesos industriales la densidad es una variable cuya medida es a veces vital. Tal vez en el caso de la determinación de la concentración de algunos productos químicos como el ácido sulfúrico, la medida exacta del caudal en vapores o gases que vienen influida por la densidad, la medida de la densidad en un producto final que garantiza las cantidades de los ingredientes que intervienen en la mezcla, etc. MATERIALES Y REACTIVOS MATERIALES termómetro Vaso precipitado 250 ml Probeta Cronometro Balanza picnómetro

REACTIVOS Hielo agua Solución HCl

PRE- LABORATORIO 1.

Definir los siguientes conceptos:

a) Densidad: Es una magnitud escalar referida a la cantidad de masa en un determinado volumen de una sustancia o un objeto sólido. Usualmente se simboliza mediante la letra ro ρ del alfabeto griego. La densidad media es la relación entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa en el espacio. b) Masa: Es cantidad de materia que posee un cuerpo, o en el caso de una reacción química, la cantidad específica de materia que comprende cada uno de los reactivos involucrados. Todos los cuerpos poseen una masa, ya sea que estén en estado sólido, líquido o gaseoso, y dicha masa está compuesta por átomos, unidos mediante enlaces químicos para formar estructuras más complejas. Mientras más átomos haya en un cuerpo, mayor será entonces su masa. c) Peso: El peso es la fuerza que la gravedad ejerce sobre una masa, y es medido con un dinamómetro, se mide en newton. El peso varía de acuerdo con la latitud y la altitud, la masa, en cambio, es contante, ya

INFORME DE LABORATORIO

Variables de Procesos que no depende de factores externos como es la fuerza gravitacional. d) Densidad Relativa: Corresponde a la relación que se puede hallar entre la densidad de una sustancia desconocida en comparación con la densidad del agua. Ambas densidades se expresan en las mismas unidades y en iguales condiciones de temperatura y presión.

e) Peso Específico: A la relación entre el peso de una sustancia y su volumen que ocupa una sustancia ya sea en estado sólido, líquido o gaseoso. Es una constante en el sentido de que es un valor que no cambia para cada sustancia ya que a medida que aumenta su peso también aumentara su volumen ocupado, al igual que sucede con la densidad. f) Volumen: Corresponde a la medida del espacio que ocupa un cuerpo. La unidad de medida para medir volumen es el metro cubico (m3), sin embargo generalmente se utiliza el Litro (L). 2.

Definir los siguientes conceptos e indicar la diferencia:

a) Precisión: Se refiere a la dispersión del conjunto de valores obtenidos de mediciones repetidas de una magnitud. Cuanto menor es la dispersión mayor la precisión. Una medida común de la variabilidad es la desviación estándar de las mediciones y la precisión se puede estimar como una función de ella. b) Exactitud: Se refiere a cuán cerca del valor real se encuentra el valor medido. En términos estadísticos, la exactitud está relacionada con el sesgo de una estimación. Cuanto menor es el sesgo más exacto es una estimación. La diferencia de estos es que la exactitud se refiere a cuán cerca se está del resultado correcto y mejora con herramientas calibradas correctamente. La precisión, por otro lado, se refiere a la consistencia con la que se obtiene el mismo resultado aplicando el mismo método, y

INFORME DE LABORATORIO

Variables de Procesos se alcanza con herramientas más sofisticadas. 3.

A nivel industrial, ¿qué instrumentos se usan para medir la temperatura?:



Termómetro de máxima y mínima: Sirve para medir las temperaturas extremas alcanzadas entre dos lecturas. Consiste en un tubo de vidrio, delgado y en forma de U, con una pequeña cantidad de mercurio. En uno de sus extremos hay un depósito lleno de alcohol y, en el otro, un depósito lleno sólo parcialmente.



Termómetro metálico: Este instrumento, también llamado de resistencia de platino, fue inventado en 1800, por Jorgensen. Es de gran precisión y se puede usar entre amplios límites de temperatura.



Pirómetro: Instrumento para medir temperaturas extraordinariamente elevadas, como la de la lava de un volcán o la del interior de un horno de fundición. Contiene un filamento que es calentado por una corriente eléctrica, hasta que se pone al rojo vivo.



Termohigrógrafo: Aparato para medir la humedad del ambiente. Está compuesto por un termómetro de máxima y mínima, y un depósito de agua destilada, que, mientras se evapora, el termómetro va registrando su temperatura.

Termómetro de Máxima y mínima

INFORME DE LABORATORIO

Variables de Procesos

4.

Para el agua indique su punto de fusión y ebullición en las 4 escalas de temperatura existentes:

ESCALA

PUNTO DE FUSION

CELSIUS

0°C

PUNTO DE EBULLICION 100°C

FAHRENHEIT

32°F

212°F

KELVIN

273,15 K

373,15 K

RANKINE

492°R

672°R

5.

¿Que son grados Baumé? ¿Cómo se calculan?

La graduación de un aerómetro en grados Baumé, inventada por Antoine Baumé establece en referencia a una disolución acuosa de cloruro de sodio (NaCl) al 10% en masa y agua destilada. Se marca el valor 0 para el agua destilada y el valor 10 para la disolución al 10%, y se divide el espacio entre ámbitos en 10 grados Baumé Su ventaja es que permite evaluar la concentración de cualquier solución con una misma unidad (grados Baumé) y un mismo aparato (el aerómetro Baumé), pero hace falta emplear una tabla específica para determinar la concentración de cada tipo de sustancia. Se sigue empleando en la actualidad en la producción industrial de cerveza, vino, miel y ácidos concentrados. Los grados Baumé se relacionan con la gravedad específica (GE) de la misma forma, se debe tomar en cuenta que la temperatura de referencia es de 60 °F en lugar de 4 °C: GE ((60°) / (60°)) F.

INFORME DE LABORATORIO

Variables de Procesos

Para líquidos más pesados que el agua:



¿=

145 ( 145−Be ° )

Para líquidos más ligeros que el agua:



¿=

145 ( 130−Be ° )

Con base en la escala Baumé, el American Petroleum Institute (API) desarrolló una escala un poco diferente. Las fórmulas son: Para líquidos más ligeros que el agua:



¿=

141,5 ( 131,5+° API )

API = (141.5/GE) - 131.5)23

INFORME DE LABORATORIO

Variables de Procesos

Para líquidos más densos que el agua (ρ > 1 g/cm³):



° Be=145− ρ=

145 ¿

145 ( 145−Be ° ) Para líquidos menos densos que el agua (ρ < 1 g/cm³):



° Be=

ρ=

140 ( ρ−130 )

140 ( 130+° Be )

1. Diagramas de procesos I. Fusión del hielo y ebullición del agua Se toma el vaso de precipitados de 250 ml y se llena de agua hasta la mitad, se le añade hielo granulado.

INFORME DE LABORATORIO

Variables de Procesos

Fusión del hielo

Con ayuda de un termómetro y asegurándonos que el bulbo del termómetro toque el hielo. Y esperamos hasta que se establezca el punto de fusión del hielo.

Tomamos un vaso de precipitados de 250 ml y lo llenamos de agua hasta un 60% de su capacidad.

Ebullición del agua

Con ayuda de una placa calentadora ponemos el vaso de precipitados encima para que comience a calentar. Esperamos que el agua ebulla y cambie su estado líquido a gaseoso.

II. Calcular flujo volumétrico o caudal.

Abrimos el grifo a un flujo constante de agua, tomamos una probeta y un cronometro.

Calcular flujo volumétrico o caudal

Fijamos un valor al que se debe llenar la probeta, seguidamente en el momento en el que la probeta comience a llenarse activamos el cronometro. En cuanto llegue al punto fijado anteriormente, se pasa el tiempo en el cronometro. Anotamos datos y con estos datos podemos calcular el flujo volumétrico.

III. Densidad industrial del ácido clorhídrico

Pesamos un picnómetro vacío y seco, luego lo llenamos con ácido clorhídrico, lo pesamos de nuevo y anotamos.

INFORME DE LABORATORIO

Variables de Procesos

Densidad industrial del ácido clorhídrico Con ayuda de los valores que hemos conseguido sustituimos los valores de la formula y obtenemos la densidad industrial del acido clorhídrico.

2. Resultados PARTE I. TEMPERATURA AMBIENTE DE CUCUTA TEMPERATURA EBULLICION DE AGUA CON UNA PRESION DE 1009 HPA TEMPERATURA FUSIÓN HIELO CON UNA PRESION DE 1009 HPA

26,6 °C 97 ° C 0.05 ° C

PARTE II. VOLUMEN 4000 mililitros 4000 mililitros 4000 mililitros 4000 mililitros 4000 mililitros

TIEMPO 38.26 segundos 37.45 segundos 39.05 segundos 35.99 segundos 39.13 segundos PROMEDIO:

FLUJO VOLUMETRICO 104.5 ml/seg 106.8 ml/seg 102.4 ml/seg 111.1 ml/seg 102.2 ml/seg 105.4 ml/seg

Para hallar el flujo volumétrico tomamos cada uno de los resultados del volumen y los dividimos con las cantidades de tiempo, como se demuestra a continuación: v´ =

v t

INFORME DE LABORATORIO

Variables de Procesos v´ =

4000 ml =104.5 ml /seg 38.26 seg

v´ =

4000 ml =106.8 ml /seg 37.45 seg

v´ =

4000 ml =102.4 ml /seg 39.05 seg

v´ =

4000 ml =111.1 ml / seg 35.99 seg

v´ =

4000 ml =102.2 ml / seg 39.13 seg

Para calcular el promedio sumamos los resultados del flujo volumétrico y lo dividimos por tres los cuales son la cantidad de datos tomados. Promedio V =

MASA (PROBETA VACIA) 100 g

104.5 + 106.8 + 102.4 + 111.1+ 102.2 =105.4 5

MASA (PROBETA LLENA) 200.5 g

VOLUMEN (AGUA) 100 ml

DENSIDAD AGUA 1.005 g/ml

FLUJO MASICO 105.92

Para hallar la densidad del agua se realizó la resta de la masa de la probeta llena menos la masa de la probeta vacía y el resultado se dividió por el volumen del agua (60 ml). mp=mph− mpv mp=200.5 −100=100.5 g m ´ dH 2O= v 100.5 g =1.005 g/ml dH 2O= 100 ml

INFORME DE LABORATORIO

Variables de Procesos

Ahora para hallar el flujo másico se multiplica el flujo volumétrico por la densidad del agua. m=fv∗d ´ 105.4 mil ∗1.005 g seg =105.92 g m= ´ ml

PARTE III. MASA PICNOMETRO VACIO MASA PICNOMETRO LLENO VOLUMEN PICNOMETRO DENSIDAD SLN ACIDO CLORHIDRICO GRAVEDAD ESPECIFICA SLN ACIDO CLORHIDRICO DENSIDAD INDUSTRIAL ACIDO CLORHIDRICO (°Be)

5g 10.95 g 5 mil 1,025g/ml 1.19 g/ml 23.15

mp=mph− mpv m=10.95 g−5 g=5.95 g m v 5,95 dsln= =1.19 g /ml 5 dsln=

Para hallar la densidad industrial optamos por utilizar la fórmula de dicho proceso como se muestra a continuación. 145 ° Be=145− ¿ 145 =23.15 ° Be=145− 1,19 3. Análisis de resultados

INFORME DE LABORATORIO

Variables de Procesos

Los resultados obtenidos con base al procedimiento que se hizo con el manual de laboratorio se llevaron a cabo según un orden. Además, los resultados obtenidos en las tablas fueron logrados por medios externos así que no fueron hechos propiamente en el laboratorio, en consecuencia, que su veracidad esta basada en resultados obtenidos en otro grupo de trabajo.

4. Conclusiones

• En esta práctica de laboratorio se pudo apreciar que las variables de proceso son aquellas que pueden cambiar las condiciones de un proceso industrial ya sean sus aspectos físicas químicas o ambas según su composición de la sustancia. • Se concluyó que en todo proceso existen diversas variables las cuales afectan el proceso de temperatura, densidad, volumen, flujo volumétrico, flujo másico. Son variable más común en los procesos industriales los cuales son controlados por medio del instrumento utilizado durante el proceso. • Permite una mejor planeación de las operaciones y con cada una de las fórmulas planteadas podemos conocer fácilmente el resultado de lo que nos pida un problema de v...