Fisicoquimica Presion de Vapor

UNMSM-FQIQ

Laboratorio de Fisicoquímica I

Presión de vapor

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FA CU L TA D D E Q UÍMIC A , INGE NIE RÍA INGENIERIA NGENIERIA A GROINDUSTRIA GROINDUSTRIA L

QU ÍMIC A

E

Laboratorio de fisicoquímica i

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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Presión de vapor

Contenido RESUMEN  ............................................................................................................................................ 3 I-INTRODUCCIÓN  ................................................................................................................................ 4 II-OBJETIVOS  ....................................................................................................................................... 5 III-PARTE TEÓRICA  .............................................................................................................................. 6 IV-PARTE EXPERIMENTAL 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 RESULTADOS  ....................................................................................................... 26 X-CONCLUSIONES  ............................................................................................................................. 27 XI-CUESTIONARIO  ............................................................................................................................. 28 XII-REFERENCIAS  ............................................................................................................................... 31 XIII-ANEXOS  ...................................................................................................................................... 32 Artículo  .......................................................................................................................................... 32

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Presión de vapor

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   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:

=4.677210 pero recordamos  =  ∆.

H exp = = 9.92396 9.92396 kcal/ kcal/

De esta última expresión hallamos el calor molar de vaporización   pero comparando con su valor teórico   hallamos un % de error de 6.35.

9.2936 2936 Kcal Kcal⁄mol mol mol



∆ se utilizó la ecuación de Clausius-

En cambio para la determinación de del

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

 o

se tomó extremo a extremo por ejemplo el 99 oC con 80 oC y 98 oC con 81 oC,este método también es conocido como método de pares. Y así obtuvimos los diferentes, al final se promedió estos valores y obtuvimos:

∆ = 9.1131  ⁄

Y

contrastando

con

el

valor teórico de entalpia de  obtuvimos un % de error de 8.17.

∆ ∆  = 9.9239 9.923966 kcal/ kcal/mol mol

vaporización

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Presión de vapor

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.

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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.

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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

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Variación de la presión de vapor con la temperatura: Ecuación de C l a u s i u s - Clapeyron: 

La relación de Clausius-Clapeyron determina la pendiente de dicha curva. Matemáticamente se puede expresar como:



donde es la pendiente de dicha curva, cambio de fase y es el volumen.

es el calor latente o entalpía del

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 . Este calor se relación con el cambio de energía mediante.

∆Hv

∆=∆∆ 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.

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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.

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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

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Presión de vapor

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

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VI-CÁLCULOS 



Utilizando los datos de la tabla 1 obtenida en el laboratorio, determinamos la presión de vapor a través

+

 =



Como el manómetro es de mercurio, la presión del manómetro será la distancia desplazada del mercurio en el laboratorio.

 = 2h por lo tanto  =   – 2h  = 756mmHg – 32mmHg = 724mmHg =756mmHg -60mmHg = 696mmHg =756mmHg-84mmHg=672mmHg =756mmHg-118mmHg=638mmHg  = 756mmHg – 138mmHg = 618mmHg =756mmHg -160mmHg = 596mmHg =756mmHg-188mmHg=568mmHg =756mmHg-198mmHg=558mmHg  = 756mmHg – 216mmHg = 540mmHg =756mmHg -236mmHg = 520mmHg =756mmHg-252mmHg=504mmHg =756mmHg-272mmHg=484mmHg  = 756mmHg – 290mmHg = 466mmHg =756mmHg -308mmHg = 448mmHg =756mmHg-322mmHg=434mmHg =756mmHg-340mmHg=416mmHg =756mmHg-354mmHg=402mmHg 11

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Presión de vapor

=756mmHg-368mmHg=388mmHg =756mmHg-378mmHg=378mmHg =756mmHg-383mmHg=373mmHg 

Preparamos la siguiente tabla para graficar (valores experimentales)

372.15 371.15 370.15 369.15 368.15 367.15 366.15 365.15 364.15 363.15 362.15 361.15 360.15 359.15 358.15 357.15

2.68709 2.69433 2.70161 2.70893 2.71628 2.72368 2.73112 2.73861 2.74612 2.75368 2.76129 2.76893 2.77662 2.78435 2.79213 2.79994

6.5848 6.5453 6.5103 6.4583 6.4265 6.3902 6.3421 6.3244 6.2916 6.2538 6.2226 6.1821 6.1442 6.1048 6.0730 6.0307

724 696 672 638 618 596 568 558 540 520 504 484 466 448 434 416

356.15 355.15 354.15 353.15

2.80781 2.81571 2.82366 2.83166

5.9965 5.9610 5.9349 5.9216

402 388 378 373

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

Presión de vapor

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

Ln(P) vs 1/T x10-3 6.7 6.6 6.5 6.4 6.3 6.2 6.1 6 5.9 y = -4.6777x + 19.137

5.8

2.66

2.68

2.7

2.72

2.74

2.76

2.78

2.8

2.82

2.84

Figura 1

Resolviendo por mínimos cuadrados la pendiente sale: m=

4.677210

Entonces:

 ∆  =  R = 1.987 cal/mol K

   1.987∆ cal/mol K =4677.2  ∆ = 9293.596  ∆=9,2936   Obtenemos el calor molar de vaporización: ∆  = 9.2936  ⁄ 13

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Presión de vapor

Ahora calculando el porcentaje de error: El valor teórico de entalpia de vaporización = 9.92396 kcal/mol

 |100%  % = |    % = |9.923969,2936 9.92396 |100%  % = 6.35 Utilizando la ecuación de clausius-clapeyron :

2,3 log() = ∆  (.)  1 1     × 2,3 log( ) = ∆ × (  ) De 99 a 80

De 98 a 81

De 97 a 82

De 96 a 83

De 95 a 84

∆2,83172,687110− =1,987 ×2,3log  ∆ = 9,1095 ⁄  ∆ 2,82372,694310− =1,987 ×2,3log ∆ = 9.3633 ⁄ ∆ 2,81572,701610− =1,987 ×2,3log  ∆ = 9,5543 ⁄ ∆ 2,80782,708910− =1,987 ×2,3log  ∆ = 9.2693 ⁄ ∆ 2,79992,716310− =1,987 ×2,3log  14

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De 94 a 85

De 93 a 86

De 92 a 87

De 91 a 88

De 90 a 89

Presión de vapor

∆ = 9.3969 ⁄  ∆ 2,79212,723710− =1,987 ×2,3log ∆ = 9.20411 ⁄ ∆ 2,78442,731110− =1,987 ×2,3log  ∆ = 8,8376 ⁄ ∆ 2,77662,738610− =1,987 ×2,3log  ∆ = 8,8092 ⁄ ∆ 2,76892,746110− =1,987 ×2,3log  ∆ = 9.5307 ⁄ ∆2,76132,753610− =1,987 ×2,3log  ∆ = 8,0557 ⁄

∆ = 9,1095+ 9.3633+ 9,5543+ 9.2693+ 9.3969+109.20411+ 8,8376+ 8,8092+ 9.5307+ 8,0557

∆ = 9.1131 ⁄ 

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

 |100%  % = |    % = |9.92396  9.1131|100% 9.92396

 % = 8.17

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

Presión de vapor

Preparamos la siguiente tabla para graficar (valores teóricos)

HT(K)

1/TX10-3



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

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

Presión de vapor

∆

Calcularemos el  ó usando los datos de la gráfica Ln P vs 1/T y la ecuación de Clausius  – Clapeyron.

Ln(Pv ) vs 1/T x10-3 6.7 6.6 6.5 6.4 6.3

Serie 1

6.2

Lineal (Serie 1)

6.1 6 y = -5.0409x + 20.145

5.9 5.8 2.66

2.68

2.7

2.72

2.74

2.76

2.78

2.8

2.82

2.84

Figura 2

m=-5.0409x103 K Mediante la gráfica Teniendo la ecuación: Recordemos que: De

∝ y :

  = 5,0409 × 10  +    ln= −∆   + 

∝

∆  = 5,0409 ×10  ∆  = 5,0409 ×10 ×  ∆ ó = .⁄ 17

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Presión de vapor

∆ ó = 10,0149⁄ ∆  = 9.2936 ⁄  9.2936 |100%  % = |10.0149 10.01488

Obtenemos el calor molar de vaporización:

 % = 7.20



Estableceremos una expresión matemática de la presión de vapor con la temperatura.

Recordemos:

  (1 ) +  ln= ∆   Despejamos “C”  

ln+ ∆  =   

(1)

Con los datos de la gráfica ecuación (1)

    −, reemplazamos los valores en la

Por ejemplo: Para 99°C

⁄ ( 1 ) =  6,58+ 9293.596 1,9 87 ⁄ 372,15

=19.15 Para 98

⁄ ( 1 ) =  6,54+ 9293.596 1,9 87 ⁄ 371,15

=19.14

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Presión de vapor

Para 97

⁄ ( 1 ) =  6,51+ 9293.596 1,9 87 ⁄ 370,15 Para 96

Para 95

Para 94

Para 93

Para 92

Para 91

Para 90

=19.15 ⁄ ( 1 ) =  6,45+ 9293.596 1,9 87 ⁄ 369,15 =19.12 ⁄ ( 1 ) =  6,43+ 9293.596 1,9 87 ⁄ 368,15 =19.13 ⁄ ( 1 ) =  6,39+ 9293.596 1,9 87 ⁄ 367,15 =19.13 ⁄ ( 1 ) =  6,34+ 9293.596 1,9 87 ⁄ 366,15 =19.11 ⁄ ( 1 ) =  6,29+ 9293.596 1,9 87 ⁄ 365,15 =19.10 ⁄ ( 1 ) =  6,25+ 9293.596 1,9 87 ⁄ 364,15 =19.15 ⁄ ( 1 ) =  6,22+ 9293.596 1,9 87 ⁄ 363,15 =19.10 19

UNMSM-FQIQ

Laboratorio de Fisicoquímica I

Para

Para

Para 87

Para

Presión de vapor

⁄ ( 1 ) =  6,18+ 9293.596 1,9 87 ⁄ 362,15

=19.10 ⁄ ( 1 ) =  6,14+ 9293.596 1,9 87 ⁄ 361,15

89

88

=19.10 ⁄ ( 1 ) =  6,10+ 9293.596 1,9 87 ⁄ 360,15 =19.09 ⁄ ( 1 ) =  6,07+ 9293.596 1,9 87 ⁄ 359,15

86

=19.09 Para 85

⁄ ( 1 ) =  6,06+ 9293.596 1,9 87 ⁄ 358,15

=19.12 Para 84

⁄ ( 1 ) =  6.03+ 9293.596 1,9 87 ⁄ 357,15

=19.13 Para 83

⁄ ( 1 ) =  5.99+ 9293.596 1,9 87 ⁄ 356,15

=19.12 20

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Presión de vapor

Para 82

⁄ ( 1 ) =  5.96+ 9293.596 1,9 87 ⁄ 355,15

=19.13 Para 81

⁄ ( 1 ) =  5.93+ 9293.596 1,9 87 ⁄ 354,15

=19.14 Para 80

⁄ ( 1 ) =  5.92+ 9293.596 1,9 87 ⁄ 353,15 =19.16

 =19.06

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Presión de vapor

VII-TABLA DE RESULTADOS 8.1MÉTODO GRAFICO

TABLA Nº3 T(ºC)

T(ºK)

1/T (ºK)X10-

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

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Presión de vapor

8.2 RESULTADOS TEÓRICOS

TABLA Nº4

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

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Presión de vapor

8.3 RESULTADOS COMPARATIVOS (Experimental-Teórico)

TABLA N°5 T(ºC)

T(ºK)

1/T (ºK)X10-

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

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Presión de vapor

VIII-GRAFICOS Ecuación de Clausius-Clapeyron Experimentalmente

Ln(P) vs 1/T x10-3 6.7 6.6 6.5 6.4 6.3 6.2

6.1 6 5.9 y = -4.6777x + 19.137

5.8

2.66

2.68

2.7

2.72

2.74

2.76

2.78

2.8

2.82

2.84

Teóricamente

Ln(Pv ) vs 1/T x10-3 6.7 6.6 6.5

6.4 6.3

Serie 1

6.2

Lineal (Serie 1)

6.1 6 y = -5.0409x + 20.145

5.9 5.8 2.66

2.68

2.7

2.72

2.74

2.76

2.78

2.8

2.82

2.84

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Presión de vapor

IX- DISCUSIÓN DE RESULTADOS

∆H



El  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  teri (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 %)

∆H

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Presión de vapor

X-CONCLUSIONES   A medida que la temperatura disminuye, también lo hace la presión de vapor.

 En la determinación del

∆  , 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.

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Presión de vapor

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.

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

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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.

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Presión de vapor

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. 30

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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.

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Presión de vapor

XIII-ANEXOS  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.

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Presión de vapor

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. 33

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Presión de vapor

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.

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Presión de vapor

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).

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Presión de vapor

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.

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Presión de vapor

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 del soplador de ceniza y suciedad en las tolvas o expulsado con combustión.

fuera de la tobera hollín desaloja la seca, la cual caerá será arrastrado y los gases de

Figura 8.0 37