Informe Lab 1 Hidro

7/24/2019 Informe Lab 1 Hidro

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Universidad de Concepcin

Facultad de Ingeniera

Dpto. Ingeniera Metalrgica.

Laboratorio N1

!Disolucin de un "etal.!

Integrantes #ern$n Faras.

Felipe #errera.

%icardo &oto.

Fernando Ureta.

'(udante Ca"ila Crdova.

Fec)a *ntrega +, de abril.

Fec)a reali-ado/ de abril.

0rupo 1


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Resumen Ejecutivo

*n este laboratorio se deter"inara la velocidad de disolucin de un "etal a

trav2s de la t2cnica del disco rotatorio3 ade"$s de di4erentes par$"etros. 5ara

esto se introdu6o un disco rotatorio de cobre a una solucin de iones 42rricos de

"anera 7ue este se disuelva3 el uso de este disco viene dado por su capacidad

para "antener la capa l"ite de un espesor constante.

Final"ente los resultados obtenidos para este e8peri"ento 4ueron los

siguientes

9bl 1.+1*:;


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Marco terico.

*l cobre se disuelve en soluciones acuosas con sul4ato 42rrico. Dando lugar a

las siguientes reacciones principales

*n este e8peri"ente se 7uiere reali-ar la reaccin nu"ero uno por lo 7ue )a(

7ue evitar la entrada de o8igeno al recipiente de reaccin.

&e sabe 7ue la disolucin de cobre en el disco est$ controlada por la

trans4erencia de "asa de iones "et$licos "viles a trav2s del 4il" li7uido.

Donde la ecuacin e"prica 7ue describe el proceso es

3+Fe

3+Fe

kblA d

'l resolver la edo obtene"os


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Fe

3+0

Fe

3+ln

B concentracin inicial de iones 42rricos3 "oles=c"?

tB concentracin de iones 42rricos al tie"po t3 "oles=c"?

9bl B coe4iciente de tras4erencia de "asa3 c"=s

' B $rea disponible para reaccin3 c"+

B volu"en de reaccin3 c"?

t B tie"po transcurrido3 s

*ste control por trans4erencia de "asa ser$ de"ostrado usando la t2cnica del

disco rotatorio. a 7ue al tener un espesor uni4or"e de la capa li"ite3 el 9 blesel "is"o en todo punto de la super4icie del disco. La ecuacin gobernante para

un siste"a de disco rotatorio en la regin de 4lu6o la"inar es

3+Fe

3+Fe

(dt )=0.62w1

2

1

6 D

2

3 A

Vd

J=

Donde


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E B 4lu6o "$sico3 "oles=c"+s

B velocidad angular del disco3 rad=s

GB viscosidad cine"$tica de la solucin3 c"+=s

D B di4usividad del reactivo3 c"+=s

La transicin de r2gi"en la"inar a turbulento est$ gobernada por el n"ero

de %e(nolds del disco circular3 r+=G donde r es el radio del disco


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: Criterio deter"inacin si la cin2tica de la reaccin inversa es

despreciable

&e usar$ el siguiente criterio para deter"inar lo anterior

10G

4.576T


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*n este laboratorio3 los distintos grupos estudiar$n colectiva"ente el e4ecto de

la concentracin de in 42rrico3 la te"peratura3 la velocidad de giro ( el p# en

la disolucin de cobre "et$lico.

*l procedi"iento a seguir en este laboratorio son las condiciones del

e8peri"ento nu"ero /.

1> 5repare 1 L de una solucin de sul4ato 42rrico de concentracin .? gpl

de Fe?A( p# +. 5ara a6ustar el p# agregue $cido sul4rico gota a gota3

agite bien ( "ida repetidas veces )asta alcan-ar el valor deseado.

&a7ue una "uestra de su solucin inicial ( gu$rdela en un recipiente

pl$stico li"pio ( seco3 rotule el recipiente con el n"ero del

e8peri"ento ( el tie"po para enviar a an$lisis

por )ierro.

+> Ho"e @ c"? de solucin en un "atra- ( pngalo en la planc)a

cale4actora para e7uilibrarlo a la te"peratura del ensa(o Li"pie la "uestra de cobre su"ergi2ndola en una solucin diluida de

#Cl3 l$velacon agua destilada ( con acetona.

;> Mida el di$"etro del disco de cobre "ontado en la barra3 para

deter"inar el $rea super4icial.> Colo7ue el recipiente de reaccin '6uste las rp" del "otor al valor deseado &elle el tapn de go"a ( la barra con vaselina para i"pedir 7ue el +

entre al reactor.

/> Llene el recipiente de reaccin con los

@ "l de solucin3 reconecte el "otor ( co"ience a contar el tie"po.


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,> Con una pipeta3 sa7ue "uestras de la solucin Mida ( anote el p# 4inal del e8peri"ento.

:Las condiciones e8peri"entales 4ueron las siguientes

Tabla N 1

*8peri"ento He"peraturaC gpl rp" p# Cu+Agpl1 ? .1 K +. + ? .? K +. ? ? . K +. ; ; .? K +. .? K +. K K .? K +. @ ? .? + +. / ? .? ; +.


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Anlisis de Datos.

Datos para reali-acin de e8peri"ento

Tabla N 2

p# +.

Di$"etro de disco cm +.?

rea de disco cm2

;.1

Masa de sul4ato de )ierro

penta)idratado. g

1.?1K

olu"en de reaccin cm3

@

%evoluciones por "inuto del disco

rp"

+

elocidad angular rad=s +.,;?

Datos obtenidos de an$lisis 7u"ico

*8periencia 1 *8periencia ? *8periencia *8periencia @Cu+A

Cu+A

Cu+A

Cu+A


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Tabla N !

*8periencia + *8periencia ; *8periencia K *8periencia /Cu+A

Cu+A

Cu+A

Cu+A

t .1@ 1? .? 1?1 .1, +1, .?, 11,

t .?? 1K ./+ 1+/ .@@ 1;? .,; 1?;t1 1.K 1@ 1.1 1? : : : :t? ;.@ 1K ;., 1?+ K.?+ 1;+ ?./+ 1?;t; K.@ 1 @.// 1?+ 1. 1;1 .,, 1+,tK /.,+ 1K 1.1 1?+ 1?., 1;? @.K 1?,

i> C$lculo 9bl

5ara el c$lculo de la constante de trans4erencia de "asa se usar$ la *cuacin

3 gra4icando

3+Fe

0

3+Fe

(t )

ln

vs Hie"po s.De tal 4or"a 7ue la pendiente del gr$4ico

obtenido corresponde a kblA

V 3 despe6ando se obtienekbl=

V

Aend!ente

.5ara el caso de la e8periencia / se tiene 7ue los valores para tie"po t del in

Fe?A au"entan )asta "$s all$ de la concentracin inicial. Luego al no ser esto

posible se calcular$ la concentracin de Fe?A en solucin "ediante

este7uio"etria segn la ecuacin 3 luego se obtiene al siguiente tabla


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Tabla N"

Cu+A

"g

Cu+A "ol Fe?A "g *ste7uio"2trico Fe?Aen

solucin

Hie"po s

3?, 3K1?@/

@

3K/;@K/K 11/3?1;+?

1

3,; 31;@,?/

?

13K+1@/ 11@3?;@/+ ?

: : : : K?3/+ 3K11,K

1

K3@1;1/11 11+3+//;+ 1/

3,, 3,;+@1?

?

13+/++1, 1/3;@1@@/

;

+@

@3K 31+?,KK 1?3;;/,+? 13;1@

K

?K

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

0

0.02

0.04

0.06

0.080.1

0.12

0.14

f(x) = 0x + 0

R = 1

Ln([Fe3+]0/[Fe3+]t)

Tiempo [s]

Ln([Fe3+]0/[Fe3+]t)


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#i$ura 1

Luego el 9bl obtenido corresponde a .;+1K cm/" .'s las

constantes obtenidas para cada e8periencia corresponden aTabla N %

*8periencia Obl cm /"

1 .1K,++ .?@? .1+/K; .K1?; .??1/K .,,@ .KK?@/ .;+1K

ii> Dependencia de 9blcon la concentracin de iones 42rricos.

5ara este c$lculo se "antendr$ constante la te"peratura3 velocidad de

giro ( p#3 variando la concentracin inicial de iones 42rricos. Usando la

siguiente tabla Fe?ATabla N &

Obl c"=s Fe?A "g=L.1K,+ ;3+.?@ 1?

.1+/K [email protected]?@ 1/.;+1K 11,


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40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

0

1

2

3

4

5

6

kbl vs [Fe3+]0

[Fe3+]0

kbl x 1e3

#i$ura 2

iii> Deter"inacin si reaccin reversible puede despreciarse&e usar$ el criterio establecido en la *c..'s para la e8periencia /

para tBK "in3 Q= 1+.//3 G=4,82[kc#l] .Luego G= 9calB:?3+,9cal


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Con lo 7ue se obtieneG

4.576T=2,37 P:+

Final"ente se conclu(e 7ue la reaccin reversible puede despreciarse.

Cabe seQalar 7ue para tie"pos "enores a K "in el ter"ino R se )ace

"$s pe7ueQo3 luego G es "$s negativo3 por tanto a este tie"po es

cuanto "$s cerca de :+ se encuentra el valor deG

4.576T .

iv> C$lculo *nerga de activacinDe la ecuacin 3 "ediante "ane6o algebraico3 se llega a

ln (kbl)=ln (A )E#

RTEc .(10)

bteniendo los datos adecuados para cada e8perienciaTabla N'(

Obl Ln

HC

HO

1=H OS:1

31K,+ :K3;1;1,@+ ? ?? 3????3? :@3??+;?/1 ? ?? 3????31+/K :K3;/?;? ? ?? 3????.K1?; :;3?@+;/1@ ; ?1? 3?1,;/,3??1 :/31??,+1/ ?+? 3?,,/3,, :K3,1++K;? K ??? 3??3KK?@ :@3?1@K/?+ ? ?? 3????3??1/ :3@/+;+;1 ? ?? 3????

Luego gra4icando ln(kbl) vs He"peratura C3 usando los datos de la

tabla / se obtiene


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0 0 0 0 0 0 0 0

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

f(x) = - 17448.32x + 50.65

R = 0.73

Ln(kbl) vs 1/T

Linea Tendencia

1/T [K]]^-1

Ln(kbl)

#i$ura

Luego3 segn la ecuacin 3 la pendiente de la recta corresponde a

E#R con lo 7ue

E#=Rend!ente as se btieneuna *nerga de

activacin de ?;3@ 9cal.

v> 0r$4ico 9bl vs $1

2


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&e tienen tres velocidades de giro3 para tres valores de 9bl3 4i6ando la

te"peratura ( la concentracin inicial de Fe?A3 las 7ue se presentan en

la siguiente tabla

Tabla N )

$1

2Obl c"=s

;3@ .KK?@K3;@ .;+1K

@3,+ .?@

4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.50

0

0

0

0

0.01

0.01

f(x) = 0x + 0

kbl ! "#1$2

%#1$2

&'L

#i$ura !

vi> N"ero de %e(nolds ( veri4icacin de 4lu6o la"inar.De la *i$ura !3 se obtiene un valor de viscosidad cine"$tica > de 1;

c"S+=s3 luego el n"ero de %e(nolds corresponde a 3?/. 'si co"o

3?/ P ;3 se tiene un 4lu6o la"inar.vii> *spesor de la capa l"ite

De4ini"os el espesor de capa l"ite co"o


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%=D

kbl

's para la e8periencia /3 % B1.1e:?.

Discusiones + ,onclusionesi> 5ara el caso de la e8periencia anali-ada en este traba6o 3 segn

se "uestra en la tabla ( !3 se obtuvo una cantidad creciente de

iones 42rricos ( para un tie"po de K "in se tiene una

concentracin "a(or a la inicial3 claro est$ 7ue esto lti"o no

puede suceder. *n cuanto al au"ento de la concentracin con el

tie"po3 esto se puede e8plicar con la intervencin del + en el

procedi"iento3 "ediante la ecuacin 3 por otro lado3 la "a(orconcentracin de iones al 4inal del e8peri"ento puede ser

e8plicado por error )u"ano3 (a sea en la preparacin de la

"uestra o an$lisis 7u"ico. Luego despreciando la ecuacin 3

se obtuvieron los datos de la concentracin de iones 42rricos a

trav2s de este7uio"etria < datos "ostrados en la tabla " >3 de

esta "anera se consiguieron datos 7ue se a6ustaron a la teora.

&e conclu(e 7ue se logr el ob6etivo de veri4icar si el "odelo es

apropiado para la cin2tica de la reaccin.

ii> &egn se aprecia en la *i$ura 23 no e8iste una tendencia clara de

variacin de 9bl con la te"peratura. *sto lti"o no indica 7ue no

vara3 solo 7ue se ve una alta dispersin de los datos.

Clara"ente se tiene 7ue 9bl si se ve a4ectada respecto a la

concentracin inicial de iones 42rricos.

iii> 5ara este caso se us un criterio el cual est$ re4erenciado en la

bibliogra4a ( se deter"in 7ue se puede despreciar la reaccin

inversa.iv> *n la *i$ura se puede ver 7ue los datos no son "u( claros

respecto a la linealidad de la curva3 el poco a6uste "ostrado por


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los datos puede deberse a una serie de situaciones 7ue parten

desde "antener una te"peratura constante3 p# constante 3evitar

la incorporacin de o8geno a la reaccin3 )asta la esti"acin de

7ue datos pueden ser despreciados3 todo esto viene dado por un

error )u"ano.

&e tiene entonces3 considerando los datos de la tabla con a6uste

satis4actorio3 7ue se logr el ob6etivo de calcular la energa de

activacin3 esto podra ser veri4icado con otros datos

e8peri"entales para esta reaccin.

v> Clara"ente no se ve una tendencia de variacin de 9bl 3co"o (a se di6o anterior"ente3 esto es debido principal"ente

a un error )u"ano. &egn la teora se debera encontrar una

recta 7ue relacione a"abas variables3 cosa 7ue no se obtuvo por

lo dic)o anterior"ente.

Final"ente usando una lnea de tendencia se lleg a una

apro8i"acin de la relacin entre las variables "ostradas3 luego

se puede decir 7ue se co"prob su relacin.

vi> &e calcul segn la viscosidad cine"$tica obtenida por la *i$ura!3 el n"ero de %e(nolds3 el cual segn se "uestra en la teora

corresponde a un 4lu6o la"inar.vii> &e obtuvo un espesor de capa l"ite dentro de los "$rgenes

tericos.

Ane-os

: C$lculo de la "asa de sul4ato de )ierro penta)idratado para una


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concentracin 3K/ gpl de3+Fe

3 to"ando en cuenta 1L de solucin

m"ult'=mFe ("ult'

2(Fe=0.685

489.943

2

55.85

())=3.005 ())

: C$lculo de $rea de reaccin .

A=*(D2)2

=*(2.32)2

(cm2 )=4.15 (cm2 )

: C$lculo de velocidad angular .

200

(revm!n)

2*

(r#drev)

160 (

m!n")=

20.943

(r#d")

: C$lculo de 9bl en un volu"en de reaccin de 1 L ( el valor de lapendiente de la gr$4ica 1 de ;*:K.

kbl=

V

A m=

1000

4.16(cm )3E-06 ( 1" )=7.21E-4 ( cm")

: Calculo del nu"ero de ra(nolds

R=r2wv =

1.5220.943145

=0.38

: Capa li"ite

%=D

kbl=1.331E

7

1.21E4 =1.1E

3

: *nerga de activacinE#=Rm=1.98717448=34.7 kc#l.

iblio$ra*/a

#idro"etalurgia3 Dra. Mara Cristina %ui-3+1.

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