INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE BIOTECNOLOGÍA

ACADEMIA DE BIOINGENIERÍA

LABORATORIO DE TERMODINÁMICA

PRÁCTICA 7

“PRESIÓN DE VAPOR”

EQUIPO 3:

GRUPO:

2AM3

PROFESORES:

JUAN CARLOS VILLASEÑOR RIOS

AGUSTÍN ALTAMIRANO SEGOVIA

AGUSTÍN RIVERA HERNÁNDEZ

Introducción:

Las propiedades termodinámicas, como la energía interna y la entalpía, a partir de las cuales se calculan los requerimientos de calor y trabajo de los procesos industriales, a menudo se evalúan a partir de datos volumétricos. Por otra parte, las relaciones presión/volumen/temperatura (PVT) son en sí mismas importantes para algunos fines como medición de fluidos y determinación del tamaño de recipientes y tuberías. Por consiguiente, en este capítulo se describe el comportamiento PVT de los fluidos puros.

La presión de vapor es la presión de un sistema cuando el sólido o líquido se hallan en equilibrio con su vapor.

Los vapores y los gases, tienden a ocupar el mayor volumen posible y ejercen así sobre las paredes de los recintos que los contienen, una presión también llamada, fuerza elástica o tensión. Para determinar un valor sobre esta presión  se divide la fuerza total por la superficie en contacto.

El valor de la presión de vapor saturado de un líquido, da una idea clara de su volatilidad, los líquidos más volátiles (éter, gasolina, acetona, etc.) tienen una presión de vapor saturado más alta, por lo que este tipo de líquidos, confinados en un recipiente cerrado, mantendrán a la misma temperatura, una presión mayor que otros menos volátiles. Eso explica porqué, a temperatura ambiente en verano, cuando destapamos un recipiente con gasolina, notamos que hay una presión considerable en el interior, mientras que si el líquido es por ejemplo; agua, cuya presión de vapor saturado es más baja, apenas lo notamos cuando se destapa el recipiente.

Del mismo modo, habremos notado que la presión de vapor de saturación crece con el aumento de la temperatura, de esta forma si colocamos un líquido poco volátil como el agua en un recipiente y lo calentamos, obtendremos el mismo efecto del punto anterior,

es decir una presión notable al destaparlo.La relación entre la temperatura y la presión de vapor saturado de las sustancias, no es una línea recta, en otras palabras, si se duplica la temperatura, no necesariamente se duplicará la presión, pero si se cumplirá siempre, que para cada valor de temperatura, habrá un valor fijo de presión de vapor saturado para cada líquido.

La explicación de este fenómeno puede se basa en el aumento de energía de la moléculas al calentarse.Cuando un líquido se calienta, estamos suministrándole energía. Esta energía se traduce en aumento de velocidad de las moléculas que lo componen, lo que a su vez significa, que los choques entre ellas serán más frecuentes y violentos.Es fácil darse cuenta entonces, que la cantidad de moléculas que alcanzarán suficiente velocidad para pasar al estado gaseoso será mucho mayor, y por tanto mayor también la presión.

La regla de fases establece que la presión del vapor de un líquido puro es función única de la temperatura de saturación. Vemos pues que la presión de vapor en la mayoría de los casos se  puede expresar como

Pvp = f (t)

La cual podría estar relacionada con cualquier otra propiedad intensiva de un líquido saturado (o vapor), pero es mucho mejor relacionarla directamente con la temperatura de saturación.

La presión de vapor de un liquido se relaciona con la temperatura por medio de la ecuación de Claussius Clapeyron, sin embargo existen muchas ecuaciones que estudian esta propiedad de los fluidos, pero de todas maneras estas ecuaciones pueden referirse a la ecuación de Clapeyron:

Ln P2/P1 = (DH/R) vaporización   (1/T1-1/T2)

Esta ecuación mediante pasos matemáticos, puede convertirse en:

Ln Pvp = A+B/T

La gráfica  del logaritmo de la presión del vapor y el reciproco de la temperatura absoluta es una recta. La ecuación anterior no es una mala aproximación pero en general esta curva realmente tiene unas curvaturas pequeñas que muestran así que esta aproximación tampoco es la mejor. Estas curvas las observamos exagerando un poco el dibujo, de la siguiente manera:

Debemos tener en cuenta que esta ecuación no es aplicable a temperaturas inferiores al punto de ebullición normal.

Para mirar un ejemplo de presión de vapor aplicada a tuberías es bueno analizar un poco las plantas productoras de petroquímicos y refinerías, ya que estas requieren de muchos servicios como: vapor de agua (enfriamiento, servicio, proceso), aire de instrumentos, energía eléctrica; para ello estas plantas necesitan grandes sistemas de transformación de energía, y redes de distribución de varios kilómetros, en las cuales se incurre en perdidas de energía. Para lo que es necesario usar expresiones matemáticas para calcular dichas perdidas y llevar a cabo estudios sobre la recuperación de la inversión  y la rentabilidad de acciones de ahorro de energía.

Objetivos:

Mediante la experimentación determinar el comportamiento de la presión de vapor de un líquido puro sometido a diferentes temperaturas.

Mediante la experimentación determinar el comportamiento de la presión de vapor de una mezcla de dos componentes sometidos a diferentes temperaturas.

Obtener a partir de la Ecuación de Clausius-Clapeyron el calor latente de vaporización de un líquido puro.

Material:

Matraz Erlenmeyer 250 mL

Parrilla de calentamiento

Manguera de látex

Manómetro diferencial

Termómetro de 0ºC-150 ºC

Liquido problema (Agua, acetona, etc.) 250 mL.

Pinzas de presión

Barómetro

Baño de agua fría

Diagrama de bloques:

Bibliografía:

Introducción a la Termodinámica en Ingeniería Química. 5ta Edición. Smith,J.M; Van Ness, H.C. Editorial McGrawHill. México.

Montar el equipo de laboratorio

como lo indica el manual.

El matraz debe contener el líquido

problema.

Cerrar el sistema de tal manera que sólo esté

conectada la salida de vapor al manómetro.

Verificar que la válvula

esté abierta antes de

iniciar el calentamiento.

Caliente el sistema hasta la ebullición del líquido problema. Verificar que

no haya fugas.

Una vez que alcanzó la temperatura de ebullición permitir escapar vapor.

Registrar en la tabla 7.1 la altura de mmHg al disminuir

0.5 °c la temperatura del líquido problema.

Realizar varias mediciones

http://www.sabelotodo.org/fisica/presionvapor.html

http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/flujodegases/presiondevapor/presiondevapor.html