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LABORATORIO DE TERMODINÁMICA APLICADAEPIQ2020-BUNIVERSIDAD NACIONAL SANAGUSTINFACULTAD DE INGENIERIA DE PROCESOSESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIAQUIMICACURSO:TERMODINAMICATEMA:INFORME DE LABORATORIO N°DOCENTE:HUGO JIMENEZ PACHECOALUMNO:CONDORI FLORES JORDANAREQUIPA-PERU2021PRÁCTICA 03PRESIÓN DE VAPO...

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LABORATORIO DE TERMODINÁMICA APLICADA

EPIQ 2020-B

UNIVERSIDAD NACIONAL SAN AGUSTIN FACULTAD DE INGENIERIA DE PROCESOS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA QUIMICA

CURSO: TERMODINAMICA

TEMA: INFORME DE LABORATORIO N°3 DOCENTE: HUGO JIMENEZ PACHECO ALUMNO: CONDORI FLORES JORDAN

AREQUIPA-PERU 2021

PRÁCTICA 03 PRESIÓN DE VAPOR 1. OBJETIVO: Estudiar el comportamiento del fluido agua pura en el equilibrio cinético considerando el análisis de la presión de vapor respecto a la temperatura y comparar los valores de la bibliografía con los valores de aproximación. 2. FUNDAMENTO: 2.1 DEFINICIÓN La Presión de vapor o más comúnmente presión de saturación es la presión a la que a cada temperatura las fases líquida y vapor se encuentran en equilibrio; 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.

Gráfico 1: Presión de vapor en un sistema cerrado La presión de vapor es la presión de un sistema cuando el sólido o liquido se hallan en equilibrio con su vapor. 2.2 EXPLICACIÓN Todos los sólidos y líquidos producen vapores consistentes en átomos o moléculas que se han evaporado de sus formas condensadas. Si la sustancia, sólida o líquida, ocupa una parte de un recipiente cerrado, las moléculas que escapan no se pueden difundir ilimitadamente, sino que se acumulan en el espacio libre por encima de la superficie del sólido o el líquido, y se establece un equilibrio dinámico entre los átomos y las moléculas que escapan del líquido o sólido y las que vuelven a él. La presión correspondiente a este equilibrio es la presión de vapor y depende sólo de la naturaleza del líquido o el sólido y de la temperatura. Se sabe que el agua no hierve a presión atmosférica y temperatura ambiente; sin embargo, cuando es calentada a 100 °C se presenta este fenómeno. Esto se debe a que la presión de vapor del agua a 100 °C es la presión atmosférica. Cualquier líquido en un recipiente abierto, hierve cuando es calentado a un nivel tal que su presión de vapor es la presión atmosférica. Inversamente, un líquido no hierve mientras que su presión de vapor es menor que dicha presión. De este modo, si la presión de vapor del aceite crudo en un tanque es menor que la presión atmosférica, no se presenta evaporación. 2.3 VIDEO DE EXPLICACION REPRESENTATIVO Entrar al siguiente enlace: https://www.youtube.com/watch?v=TCnOiqjnyAI&t=317s

2.4 CÁLCULO DE PRESION DE VAPOR POR APROXIMACIÓN DE LA ECUACIÓN DE ANTOINE La ecuación de Antoine describe la relación entre la temperatura y la presión de saturación del vapor de sustancias puras. Se deduce de la relación de Clausius-Clapeyron. Ecuación:

P=10

B A − C+T

ó

log10 P = A −

B C +T

Donde:

P=Pesión de vapor ( mmHg ) T =Temperatura(° C) A , B y C=Parámetros empíricos Tabla 1. Constantes de Antoine para agua pura PARÁMETROS DE ANTOINE PARA EL AGUA PURA Intervalo T (°C) A B C [1-100] 8.07131 1730.63 233.426 [100-374] 8.14019 1810.94 244.485 3. PROCEDIMIENTO a) Entrar al siguiente link: https://www.geogebra.org/m/c6DJCtnw

b) Obtener los datos de presión de vapor en mmHg, y completar la siguiente tabla: EXPERIMENTO T (°C) P (mmHg) 1 25 18 2 30 27 3 40 54 4 50 94 5 60 153 6 70 238 7 80 359 8 90 528 9 100 760 10 110 1072 11 120 1483 12 130 2015 13 140 2693 14 150 3542 c) En la siguiente tabla se muestran los valores de fuente bibliográfica para las presiones de saturación en KPa respecto a la temperatura, extraer los correspondientes valores de presion en KPa y convertirlos en unidades de mmHg, y obtener la posterior tabla de resultados correspondientes a las temperaturas de la pregunta anterior:

TABLA DE VALORES BIBLIOGRÁFICOS LECTURA T (°C) P (KPa) 1 25 3.1698 2 30 4.2469 3 40 7.3851 4 50 12.352 5 60 19.947 6 70 31.202 7 80 47.416 8 90 70.183 9 100 101.42 10 110 143.38 11 120 198.67 12 130 270.28 13 140 361.53 14 150 476.16 T°=25°C; P=MPa

P (mmHg) 23.7755 31.8544 55.3928 92.6477 149.6149 234.0343 355.6494 526.4160 760.7129 1075.324207 1484.910277 2015.466024 2692.460224 3544.430808

T°=30°C

T°=40°C

T°=50°C

T°=60°C

T°= 70°C

T°= 80°C

T°= 90°C

T°= 100°C

T°= 110°C

T°=120°C

T°=130°C

T°=140°C

T°=150°C

d) Obtener los datos de presión de vapor en mmHg, respecto a la aproximación de la ecuación de Antoine (tener cuidado que, para temperaturas mayores de 100°C, se trabaja con el siguiente rango de temperaturas): Tabla de respuestas:

TABLA DE VALORES APROXIMACIÓN DE ANTOINE P (mmHg) LECTURA T (°C) 23.68641355 1 25 31.74016727 2 30 55.19282956 3 40 92.29988808 4 50 149.0384192 5 60 233.1732906 6 70 354.5322655 7 80 525.2664328 8 90 760.0863692 9 100 1076.465763 10 110 1494.805894 11 120 2038.556207 12 130 2734.28808 13 140 3611.720683 14 150 Para T°=25°C 8.07131−

1730.63 233.426+25

P=10 P=23.68641355 mmHg Para T°=30°C 8.07131 −

1730.63 233.426+ 30

P=10 P=31.74016727 mmHg Para T°= 40°C 8.07131 −

1730.63

233.426+ 4 0 P=10 P=55.19282956 mmHg

Para T°= 50°C 8.07131 −

1730.63

233.426+ 50 P=10 P=92.29988808 mmHg

Para T°= 60°C 8.07131−

1730.63

233.426+60 P=10 P=149.0384192 mmHg

Para T°= 70°C 8.07131 −

1730.63 233.426+ 70

P=10 P=233.1732906 mmHg Para T°=80°C 8.07131−

1730.63

233.426+ 80 P=10 P=354.5322655 mmHg

Para T°= 90°C 8.07131 −

1730.63

233.426+ 90 P=10 P=525.2664328 mmHg

Para T°= 100°C 8.07131−

1730.63

233.426+100 P=10 P=760.0863692 mmHg

Para T°= 110° C 8.07131 −

1730.63

233.426+1 1 0 P=10 P=1076.465763 mmHg

Para T°= 120°C 8.07131 −

1730.63

233.426+1 2 0 P=10 P=1494.805894 mmHg

Para T°= 130°C 8.07131−

1730.63 233.426+1 3 0

P=10 P=2038.556207 mmHg Para T°= 140°C 8.07131 −

1730.63 233.426+1 4 0

P=10 P=2734.28808 mmHg Para T°= 150°C 8.07131−

1730.63 233.426+1 5 0

P=10 P=3611.720683 mmHg 4. ANÁLISIS DE RESULTADOS a) Obtener la tabla comparativa de los valores del simulador, bibliográfico y de Antoine y generar la correspondiente gráfica Pv(mmHg) vs T(°C), y comentar la relación entre ellos. LECTURA S 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

T(°C) 25 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150

PRESION DE VAPOR (mmHg) SIMULADOR BIBLIOGRÁFICO ANTOINE 23.7755 23.7755 18 31.8544 31.8544 27 55.3928 55.3928 54 92.6477 92.6477 94 149.6149 149.6149 153 234.0343 234.0343 238 355.6494 355.6494 359 526.4160 526.4160 528 760.7129 760.7129 760 1075.4389 1075.324207 1072 1490.1482 1484.910277 1483 2027.2676 2015.466024 2015 2711.6991 2692.460224 2693 3571.4952 3544.430808 3542

B) Obtener una gráfica Log10(P[mmHg]) vs T[°C], y comentar el comportamiento que presenta.

CONCLUSIONES  Si se aumenta la temperatura del líquido, mayor será la presión de vapor, ya que las moléculas al tener mayor energía, es más fácil que se convierta en un estado de vapor y mayor será la presión requerida para convertirlas nuevamente en un estado liquido ( la temperatura y la presión son directamente proporcionales).  De acuerdo a los datos obtenidos en la bibliografía, simulador y la ecuación de Antonnie se ve que varia en decimales pero aun con los errores absolutos de logra ver las mismas graficas en T° vs P(mmHg) y T° vs Log(PmmHg). 5. CUESTIONARIO a) ¿Cómo varía la Presión de vapor con la temperatura? ¿Cómo puede explicar eso desde el punto de vista molecular? La presión de vapor de una sustancia depende solamente de la temperatura y no del volumen; esto es, un recipiente que contiene líquido y vapor en equilibrio a una temperatura fija, la presión es independiente de las cantidades relativas de líquido y de vapor presentes. Al incrementarse la temperatura del líquido, un mayor número de moléculas tiene energía cinética suficiente para escapar de la fase líquida, el flujo de moléculas que escapan es mayor y por tanto, en el equilibrio, la presión de vapor saturado será aún mayor. b) ¿Cuál será la temperatura normal de ebullición del agua? El punto de ebullición de un líquido a 1 atmosfera (760torr, 760 mm Hg), se conoce punto de ebullición normal. En el caso del agua, el punto de ebullición normal es de 100ºC. c) ¿Cuál será la temperatura de ebullición del agua en La Paz – Bolivia (3650 m snm) sabiendo que la Presión atmosférica promedio es aproximadamente 500 mmHg??

−Patm ∆ P=P atm ∆ P=760 −500 =260 mmHg (nivel del mar )

CdMx

∆ P∗0.370 °C 10 mmHg 260 mmHg∗0.370° C FC= 10 mmHg 260 mmHg∗0.370° C FC= 10 mmHg FC=9.60° C =100 °C−9.60 ° C T ebullicion =90.4 ° C T ebullicion FC=

corregida

corregida

6. BIBLIOGRAFÍA Cengel, Y. A.; Boles, M.A.: Termodinámica. Mc Graw-Hill, 8va Ed.2014. Samuel H. Maron Fundamentos de fisicoquímica, Ed. Limusa, https://www.geogebra.org/m/c6DJCtnw...