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Instituto Tecnológico Superior de Occidente. S.A de C.V Materia: Balance de Materia y Energía Fecha:07/02/20 Equipo A2: Orlando Ireta & Alan Mello Profesor: Luis Elizondo Práctica 1: Concentración de solución de sacarosa por evaporación

Instituto Tecnológico Superior de Occidente. S.A de C.V Materia: Balance de Materia y Energía Fecha:07/02/20 Equipo A2: Orlando Ireta & Alan Mello Profesor: Luis Elizondo Práctica 1: Concentración de solución de sacarosa por evaporación

Índice del Reporte de Investigación Portada Resumen Analítico    

Título de Investigación Nombre de Autores Afiliación Institucional Fecha del presente reporte

Índice Introducción    

Resumen Objetivos Materiales, Equipo y Reactivos Descripción del contenido del informe

I.-Marco Referencial 1.1 Marco Teórico-conceptual II.-Metodología 2.1 Esquema o índice de la investigación experimental 2.2 Recopilación y organización de los datos 2.3 Análisis y/o interpretación de la información III.-Presentación de los resultados 3.1 Punto central de la investigación, directamente relacionado con los objetivos de la misma. IV.-Conclusiones y Recomendaciones 4.1 Sobre los resultados obtenidos (Alcance de los objetivos). 4.2 Sobre el trabajo en sí mismo (Impacto o efectos logrados tanto personales como profesionales y del entorno. 4.3 Sobre los procedimientos aplicados (Qué valor le da el investigador y en su caso, cuáles son las recomendaciones metodológicas que considera pertinentes para futuras investigaciones). Resumen

Instituto Tecnológico Superior de Occidente. S.A de C.V Materia: Balance de Materia y Energía Fecha:07/02/20 Equipo A2: Orlando Ireta & Alan Mello Profesor: Luis Elizondo Práctica 1: Concentración de solución de sacarosa por evaporación Se realizó, se midió y se analizaron concentraciones de varias muestras de una disolución de sacarosa y agua de la condensación de la evaporación de dicha disolución mediante un equipo de destilación utilizado, se utilizó un refractómetro para comparar los grados Brix de estas mismas, con unas calculadas con una fórmula matemática para llegar a concluir que hubo un error aproximado al 1-9% de dichas comparaciones. Objetivos 





Medir experimentalmente y analizar cómo es el cambio en la concentración y en la temperatura de ebullición de una solución de sacarosa que se concentra por evaporación, además de realizar y verificar el balance de materia entre las cantidades iniciales y finales. Desarrollar un modelo matemático, basado en la definición de grados Brix y en el balance de materia, que prediga dicho cambio de concentración en función del volumen de agua evaporada y recuperada por condensación. Analizar la concordancia de cambio de concentración entre los datos experimentales y los obtenidos con el modelo

Materiales, Equipo y Reactivos 



Por cada equipo de trabajo: 1 matraz de destilación de 500 ml bien lavado, 1 tapón para acoplar matraz-refrigerante, 1 tapón para matraz de destilación con su termómetro o termopar, 1 probeta graduada de 250 ml, 1 refrigerante recto de 40-50 cm de largo con mangueras, 1 termómetro de décimas de precisión o termopar, 1 pipeta de 5 ml, 1 embudo de rama larga, 1 aro y tela de asbesto, 1 vaso de precipitado de 500 ml, 4 tubos de ensayo pequeños y 1 rejilla para colocarlos, 1 pinza de tres dedos y 1 pinza para bureta, 1 mechero Fisher con manguera, 1 agitador de vidrio y pedazos de porcelana o perlas de vidrio. Para todo el grupo: sacarosa (azúcar), 2 refractómetro de mano, 2 pizetas con agua destilada, algodón, balanza, 2 probetas graduadas de 500 ml.

Metodología Los datos obtenidos gracias al pre-reporte: se pesó la cantidad de sacarosa necesitada para formar 9° Brix en 350mL de agua. La cantidad de agua se midió con el vaso de precipitado en el que se pesó la sacarosa. Se tomó la temperatura ambiente y se agregó una pequeña muestra de la disolución al refractómetro para medir los grados Brix iniciales de la disolución. Cada vez que se usaba el refractómetro se limpiaba el prisma con un algodón y agua destilada para evitar la contaminación de las siguientes muestras. Una vez preparada la disolución se pasó del vaso de precipitado al matraz bola montado en el equipo de destilación. Se

Instituto Tecnológico Superior de Occidente. S.A de C.V Materia: Balance de Materia y Energía Fecha:07/02/20 Equipo A2: Orlando Ireta & Alan Mello Profesor: Luis Elizondo Práctica 1: Concentración de solución de sacarosa por evaporación encendió el mechero bunsen con la disolución montada, dentro de la disolución también se agregaron unos trozos 6 de porcelana para ayudar a la disolución a ebullir de manera más rápida. Se abrió la fuente del agua. Se colocó la probeta de 250mL en la boca del equipo de destilación y se esperó a llegar hasta aproximadamente a 40mL en la probeta y se tomó la temperatura marcada en el termómetro. Se apagó en ese momento el mechero bunsen y se esperó a que la solución dejara de ebullir para tomar la muestra de esta con la pipeta de 2mL, se tomaron muestras de 0.1mL a 0.3mL. Estas muestras fueron puestas en el refractómetro para medir los grados Brix. Se encendió de nuevo el mechero bunsen y se repitió este proceso hasta obtener 7 muestras. Repitiendo cada vez el proceso descrito previamente, anotando de manera simultánea los datos obtenidos. Resultados Tabla 1. Tabla de Balances

parámetros Medidos Volumen ml Densidad g/ml Brix Br Masa Solución g Masa Agua g Masa Azúcar g

Cantidades Iniciales Total Entrada Inicial 350.812 350.812 4 4

Cantidades Finales Salid Acumulad a o 110.0 8 109.81

Total Final 109.81

0.997

0.997

0.997

0.997

0.997

10

10

29

29

384.82

384.82

145.54

145.54

349.76

349.76

32.02 145.5 4 109.7 6

109.48

109.48

35.06

35.06

36.38

35.06

35.06

% Error 0.24527 6 0 9.43160 5 0 0.25510 2 3.62836 7

Instituto Tecnológico Superior de Occidente. S.A de C.V Materia: Balance de Materia y Energía Fecha:07/02/20 Equipo A2: Orlando Ireta & Alan Mello Profesor: Luis Elizondo Práctica 1: Concentración de solución de sacarosa por evaporación Tabla 2. Tabla de Cálculos Teóricos y Experimentales M total M Vol V V T Brix Brix V % (Agua) Evap(Agua) Perdido Total Condensado Ebullicion Teoricos exp Perdido Error 349.76 0.00 0.00 350.81 0.00 96.10 10.02 10.00 0.00 0.24 309.78 39.88 40.00 310.71 40.00 97.00 11.32 11.00 0.10 2.81 269.80 79.76 80.00 270.61 40.00 97.10 12.99 13.00 0.10 0.04 229.82 119.64 120.00 230.51 40.00 96.40 15.26 15.20 0.10 0.36 189.64 159.52 160.00 190.21 40.00 96.50 18.49 18.50 0.30 0.07 149.56 199.40 200.00 150.01 40.00 96.60 23.44 23.00 0.20 1.88 109.48 239.28 240.00 109.81 40.00 97.10 32.02 29.00 0.20 9.44 Grafica 1. Volumen de Agua destilado de Solución con relación a Grados Brix

Volumen Destilado vs Brix

35.00

R² = 0.9906

30.00

R² = 0.9985

Grados Brix

25.00 20.00 15.00

Volumen Destilado vs Brix Experimentales

10.00 5.00 0.00 0.00

50.00

100.00

150.00

Volumen Destilado

200.00

250.00

300.00

Instituto Tecnológico Superior de Occidente. S.A de C.V Materia: Balance de Materia y Energía Fecha:07/02/20 Equipo A2: Orlando Ireta & Alan Mello Profesor: Luis Elizondo Práctica 1: Concentración de solución de sacarosa por evaporación Grafica 2. Cambio de Punto de Ebullición en Relación a Concentración de Azúcar

Temperatura de Ebullicion vs Grados Brix 97.20

Temperatura de Ebullicion

97.00 96.80 96.60 96.40 y = 0.0181x + 96.378 R² = 0.1044

96.20 96.00 0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

Grados Brix

Explicación de Resultados: Observando la gráfica 1 se puede apreciar que reduciendo el volumen de agua por evaporación se observa un incremento en la concentración de azúcar por lo tanto un incremento en los grados Brix. Analizando la serie de puntos se ve que el comportamiento de los grados Brix no es lineal, y comparando la curva experimental con la teórica se observa que no hay altas discrepancias entre resultados y en cuestión al porcentaje de error. Para obtener la curva teórica simplemente se divido la masa de azúcar de la solución entre la masa de agua, dando: 𝐵𝑟𝑖𝑥 =

𝑔 𝐴𝑧𝑢𝑐𝑎𝑟 𝑔 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖𝑜𝑛

Resultando en 10.2, 11.32, 12.99, 15.26, 18.49, 23.44, 32.02 grados brix teóricos, en comparación a 10.00, 11.00, 13.00, 15.20, 18.50, 23.00, 29.00 grados brix experimentales del refractómetro dando porcentajes de error de 0.24, 2.81, 0.04, 0.36, 0.07, 1.88, 9.49 respectivamente. Se puede ver que en estos porcentajes

Instituto Tecnológico Superior de Occidente. S.A de C.V Materia: Balance de Materia y Energía Fecha:07/02/20 Equipo A2: Orlando Ireta & Alan Mello Profesor: Luis Elizondo Práctica 1: Concentración de solución de sacarosa por evaporación tampoco existe mucha variación entre valores experimentales y teóricos, solo el ultimo valor dando un porcentaje mayor de aproximadamente 9.5% De acuerdo con los valores calculados que se puede observar en la tabla 2, el volumen de agua evaporado de la solución fue 239.28 ml que al comparar con el valor teórico perdido de 240 ml representa una desviación de 0.72ml lo cual es negligente. La masa de agua perdida se calculó con la siguiente ecuación: 𝑀𝑎𝑠𝑎(𝐴𝑔𝑢𝑎 𝐸𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟𝑎𝑑𝑎) = 0.997(𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝐸𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟𝑎𝑑𝑜 ) Donde 0.997 representa la densidad del agua en g/cm3, y el volumen evaporado siendo aquel que se destiló de la solución con un total de 240ml. El peso final del residuo resultó ser 136g a partir de este peso se calculó el porcentaje de pérdida que se obtuvo en la destilación y el número resultó ser relativamente grande con un cambio de 16% menos en términos de peso total. Esta pérdida tan grande puede ser resultado de que al tomar las muestras de la solución se tomó mucho tiempo para volver a cerrar el sistema, perdiendo vapor por evaporación al igual que pérdidas de volumen liquido por derrames de pipeta y probeta. Donde sí se obtuvo un gran porcentaje de error fue en el caso del punto de ebullición de la muestra en relación con la concentración de azúcar, aquí el punto de ebullición de la muestra en teoría debería aumentar al incrementar la concentración de azúcar por evaporación del agua. Lo que se observó fueron algunos puntos de error ya que la temperatura de ebullición empieza a una temperatura de 96.1 grados aumentado considerablemente a 97.0 y 97.1 en las mediciones respectivas. Inmediatamente la temperatura registrada se reduce a 96.4 empezando ya un comportamiento esperado después del punto con 96.5, 96.6 y 97.1. Este cambio radical de temperaturas no es algo que debería ocurrir y los factores que afectaron esto puede haberse relacionado con la posición del termómetro en el matraz. Conclusiones Orlando: En esta práctica se llevó acabo la medición de la concentración de azúcar en agua, se aprendió a utilizar refractómetros y también a hacer un balance de materia para un proceso experimental de evaporación; algunas cosas que llegaron a complicarse fue al momento de medir la temperatura en su punto de ebullición ya que marcó una cantidad demasiado alta siendo apenas el 1er dato experimental, al final tuvo un comportamiento de tendencia normal conforme al incremento de datos experimentales y el objetivo se cumplió. Alan: Al final se llegó a comparar los datos experimentales obtenidos en la práctica con los datos reales de grados Brix y se notó un porcentaje de error muy mínimo, los objetivos se cumplieron en su mayoría, solamente hubo un dato experimental

Instituto Tecnológico Superior de Occidente. S.A de C.V Materia: Balance de Materia y Energía Fecha:07/02/20 Equipo A2: Orlando Ireta & Alan Mello Profesor: Luis Elizondo Práctica 1: Concentración de solución de sacarosa por evaporación que llegó a tener un casi 9.5% de error y eso fue gracias a una calculación mal hecha por el 1er dato experimental. Bibliografía Felder, R. M., Aguilar Ortega, M. T., & Rousseau, R. W. (n.d.). Principios elementales de los procesos químicos. Limusa....