Fisicoquimica Presion de Vapor
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UNMSM-FQIQ Laboratorio de Fisicoquímica I Presión de vapor
1
UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE
SAN MARCOS
FACULTAD DE QUÍMICA, INGENIERÍA QUÍMICA E
INGENIERIA AGROINDUSTRIAL
Laboratorio de fisicoquímica i
Practica n° 3
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
UNMSM-FQIQ Laboratorio de Fisicoquímica I Presión de vapor
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Contenido
RESUMEN ............................................................................................................................................ 3
I-INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................ 4
II-OBJETIVOS ....................................................................................................................................... 5
III-PARTE TEÓRICA .............................................................................................................................. 6
IV-PARTE 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 ....................................................................................................... 26
X-CONCLUSIONES ............................................................................................................................. 27
XI-CUESTIONARIO ............................................................................................................................. 28
XII-REFERENCIAS ............................................................................................................................... 31
XIII-ANEXOS ...................................................................................................................................... 32
Artículo .......................................................................................................................................... 32
UNMSM-FQIQ Laboratorio de Fisicoquímica I Presión de vapor
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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 ∆𝐻𝑣 𝑒𝑥𝑝 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:
𝑚 = −4.6772𝑥103𝐾 pero recordamos 𝑚 = −∆𝐻𝑣
𝑅.
De esta última expresión hallamos el calor molar de vaporización Hv exp =
9.2936 Kcal mol⁄ pero comparando con su valor teórico 𝐻𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 = 9.92396 kcal/
mol hallamos un % de error de 6.35.
En cambio para la determinación de del∆𝐻𝑣 𝑒𝑥𝑝se utilizó la ecuación de Clausius-
Clapeyron,en donde se utilizó las presiones a temperaturas de 99 oC a 80 oC ,pero
se tomó extremo a extremo por ejemplo el 99oC con 80oC y 98oC con 81oC,este
método también es conocido como método de pares. Y así obtuvimos los
diferentes, al final se promedió estos valores y obtuvimos: ∆𝐻𝑣𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 = 9.1131 𝐾𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄
Y contrastando con el valor teórico de entalpia de vaporización
∆𝐻𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 = 9.92396 kcal/mol obtuvimos un % de error de 8.17.
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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 Clausius-Clapeyron:
La relación de Clausius-Clapeyron determina la pendiente de dicha curva.
Matemáticamente se puede expresar como:
donde es la pendiente de dicha curva, es el calor latente o entalpía del
cambio de fase y es el volumen.
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 ∆Hv. Este calor se relación con el cambio de energía
mediante.
∆𝑈 = ∆𝐻 − ∆(𝑃𝑉)
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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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
𝑃𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 + 𝑃𝑚𝑎𝑛𝑜𝑚𝑒𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 = 𝑃𝑎𝑡𝑚𝑜𝑠𝑓𝑒𝑟𝑖𝑐𝑎
Como el manómetro es de mercurio, la presión del manómetro será la distancia
desplazada del mercurio en el laboratorio.
𝑃𝑚𝑎𝑛𝑜𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 = 2h por lo tanto
𝑃𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 = 𝑃𝑎𝑡𝑚𝑜𝑠𝑓𝑒𝑟𝑖𝑐𝑎 – 2h
𝑃𝑣1 = 756mmHg – 32mmHg = 724mmHg
𝑃𝑣2=756mmHg -60mmHg = 696mmHg
𝑃𝑣3=756mmHg-84mmHg=672mmHg
𝑃𝑣4=756mmHg-118mmHg=638mmHg
𝑃𝑣5 = 756mmHg – 138mmHg = 618mmHg
𝑃𝑣6=756mmHg -160mmHg = 596mmHg
𝑃𝑣7=756mmHg-188mmHg=568mmHg
𝑃𝑣8=756mmHg-198mmHg=558mmHg
𝑃𝑣9 = 756mmHg – 216mmHg = 540mmHg
𝑃𝑣10=756mmHg -236mmHg = 520mmHg
𝑃𝑣11=756mmHg-252mmHg=504mmHg
𝑃𝑣12=756mmHg-272mmHg=484mmHg
𝑃𝑣13 = 756mmHg – 290mmHg = 466mmHg
𝑃𝑣14=756mmHg -308mmHg = 448mmHg
𝑃𝑣15=756mmHg-322mmHg=434mmHg
𝑃𝑣16=756mmHg-340mmHg=416mmHg
𝑃𝑣17=756mmHg-354mmHg=402mmHg
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𝑃𝑣18=756mmHg-368mmHg=388mmHg
𝑃𝑣19=756mmHg-378mmHg=378mmHg
𝑃𝑣20=756mmHg-383mmHg=373mmHg
Preparamos la siguiente tabla para graficar (valores experimentales)
HT(K) 1/TX10-3 Ln(P) P(mmHg)
372.15 2.68709 6.5848 724
371.15 2.69433 6.5453 696
370.15 2.70161 6.5103 672
369.15 2.70893 6.4583 638
368.15 2.71628 6.4265 618
367.15 2.72368 6.3902 596
366.15 2.73112 6.3421 568
365.15 2.73861 6.3244 558
364.15 2.74612 6.2916 540
363.15 2.75368 6.2538 520
362.15 2.76129 6.2226 504
361.15 2.76893 6.1821 484
360.15 2.77662 6.1442 466
359.15 2.78435 6.1048 448
358.15 2.79213 6.0730 434
357.15 2.79994 6.0307 416
356.15 2.80781 5.9965 402
355.15 2.81571 5.9610 388
354.15 2.82366 5.9349 378
353.15 2.83166 5.9216 373
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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
Figura 1 Resolviendo por mínimos cuadrados la pendiente sale:
m= −4.6772𝑥103𝐾 Entonces:
−∆𝐻𝑣
𝑅= 𝑚
R = 1.987 cal/mol K
−∆𝐻𝑣
1.987 cal/mol K= −4677.2𝐾
∆𝐻𝑣 = 9293.596𝑐𝑎𝑙
𝑚𝑜𝑙
∆𝐻𝑣 = 9,2936𝑘𝑐𝑎𝑙
𝑚𝑜𝑙
Obtenemos el calor molar de vaporización: ∆𝐻𝑣 𝑒𝑥𝑝 = 9.2936 𝐾𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄
y = -4.6777x + 19.137 5.8
5.9
6
6.1
6.2
6.3
6.4
6.5
6.6
6.7
2.66 2.68 2.7 2.72 2.74 2.76 2.78 2.8 2.82 2.84
Ln(P) vs 1/T x10-3
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Ahora calculando el porcentaje de error:
El valor teórico de entalpia de vaporización = 9.92396 kcal/mol
𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 % = |𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 − 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙
𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜| 𝑥100%
𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 % = |9.92396 − 9,2936
9.92396| 𝑥100%
𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 % = 6.35
Utilizando la ecuación de clausius-clapeyron :
(2,3) log (𝑃2
𝑃1) =
∆𝐻𝑣
𝑅(
𝑇2 − 𝑇1
𝑇2. 𝑇1)
𝑅 × (2,3) log (𝑃2
𝑃1) = ∆𝐻𝑣 × (
1
𝑇1−
1
𝑇2)
De 99 a 80 ∆𝐻𝑣(2,8317 − 2,6871)10−3 = 1,987 × (2,3) log (724
373)
∆𝐻𝑣 = 9,1095 𝐾𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄
De 98 a 81 ∆𝐻𝑣(2,8237 − 2,6943)10−3 = 1,987 × (2,3) log (696
378)
∆𝐻𝑣 = 9.3633 𝐾𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄
De 97 a 82 ∆𝐻𝑣(2,8157 − 2,7016)10−3 = 1,987 × (2,3) log (672
388)
∆𝐻𝑣 = 9,5543 𝐾𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄
De 96 a 83 ∆𝐻𝑣(2,8078 − 2,7089)10−3 = 1,987 × (2,3) log (638
402)
∆𝐻𝑣 = 9.2693 𝐾𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄
De 95 a 84 ∆𝐻𝑣(2,7999 − 2,7163)10−3 = 1,987 × (2,3) log (618
416)
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∆𝐻𝑣 = 9.3969 𝐾𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄
De 94 a 85 ∆𝐻𝑣(2,7921 − 2,7237)10−3 = 1,987 × (2,3) log (596
434)
∆𝐻𝑣 = 9.20411 𝐾𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄
De 93 a 86 ∆𝐻𝑣(2,7844 − 2,7311)10−3 = 1,987 × (2,3) log (568
448)
∆𝐻𝑣 = 8,8376 𝐾𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄
De 92 a 87 ∆𝐻𝑣(2,7766 − 2,7386)10−3 = 1,987 × (2,3) log (558
466)
∆𝐻𝑣 = 8,8092 𝐾𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄
De 91 a 88 ∆𝐻𝑣(2,7689 − 2,7461)10−3 = 1,987 × (2,3) log (540
484)
∆𝐻𝑣 = 9.5307 𝐾𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄
De 90 a 89 ∆𝐻𝑣(2,7613 − 2,7536)10−3 = 1,987 × (2,3) log (520
504)
∆𝐻𝑣 = 8,0557 𝐾𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄
∆𝐻𝑣𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 =9,1095 + 9.3633 + 9,5543 + 9.2693 + 9.3969 + 9.20411 + 8,8376 + 8,8092 + 9.5307 + 8,0557
10
∆𝐻𝑣𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 = 9.1131 𝐾𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄
El valor teórico de entalpia de vaporización = 9.92396 kcal/mol
𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 % = |𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 − 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙
𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜| 𝑥100%
𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 % = |9.92396 − 9.1131
9.92396| 𝑥100%
𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 % = 8.17
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Preparamos la siguiente tabla para graficar (valores teóricos)
HT(K) 1/TX10-3 𝑷𝒗𝑯𝟐𝑶 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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Calcularemos el ∆𝐻𝑣 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 usando los datos de la gráfica Ln P vs 1/T y la
ecuación de Clausius – Clapeyron.
Figura 2 m=-5.0409x103 K
Mediante la gráfica
Teniendo la ecuación: 𝐿𝑛 𝑃 = −5,0409 × 103 (1
𝑇) + 𝑏 (∝)
Recordemos que: ln 𝑃 = −(∆𝐻𝑣)
𝑅(
1
𝑇) + 𝐶 (𝛽)
De ∝ y 𝛽:
−(∆𝐻𝑣)
𝑅= −5,0409 × 103
−(∆𝐻𝑣) = −5,0409 × 103 × 𝑅
∆𝑯𝒗 𝒕𝒆ó𝒓𝒊𝒄𝒐 = 𝟏𝟎. 𝟎𝟏𝟒𝟗 𝒌𝒄𝒂𝒍 𝒎𝒐𝒍⁄
y = -5.0409x + 20.145
5.8
5.9
6
6.1
6.2
6.3
6.4
6.5
6.6
6.7
2.66 2.68 2.7 2.72 2.74 2.76 2.78 2.8 2.82 2.84
Ln(Pv ) vs 1/T x10-3
Serie 1
Lineal (Serie 1)
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Obtenemos el calor molar de vaporización: ∆𝐻𝑣 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 = 10,0149 𝐾𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄
∆𝐻𝑣 𝑒𝑥𝑝 = 9.2936 𝐾𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄
𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 % = |10.0149 − 9.2936
10.01488| 𝑥100%
𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 % = 7.20
Estableceremos una expresión matemática de la presión de vapor con la
temperatura.
Recordemos:
ln 𝑃 = −(∆𝐻𝑣)
𝑅(
1
𝑇) + 𝐶
Despejamos “C”
ln 𝑃 +(∆𝐻𝑣)
𝑅(
1
𝑇) = 𝐶 (1)
Con los datos de la gráfica 𝐿𝑛 𝑃 𝑣𝑠 𝑇−1, reemplazamos los valores en la
ecuación (1)
Por ejemplo:
Para 99°C
6,58 +(9293.596 𝑘𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄ )
1,987 𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄(
1
372,15) = 𝐶
𝐶 = 19.15
Para 98
6,54 +(9293.596 𝑘𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄ )
1,987 𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄(
1
371,15) = 𝐶
𝐶 = 19.14
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Para 97
6,51 +(9293.596 𝑘𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄ )
1,987 𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄(
1
370,15) = 𝐶
𝐶 = 19.15
Para 96
6,45 +(9293.596 𝑘𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄ )
1,987 𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄(
1
369,15) = 𝐶
𝐶 = 19.12
Para 95
6,43 +(9293.596 𝑘𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄ )
1,987 𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄(
1
368,15) = 𝐶
𝐶 = 19.13
Para 94
6,39 +(9293.596 𝑘𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄ )
1,987 𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄(
1
367,15) = 𝐶
𝐶 = 19.13
Para 93
6,34 +(9293.596 𝑘𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄ )
1,987 𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄(
1
366,15) = 𝐶
𝐶 = 19.11
Para 92
6,29 +(9293.596 𝑘𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄ )
1,987 𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄(
1
365,15) = 𝐶
𝐶 = 19.10
Para 91
6,25 +(9293.596 𝑘𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄ )
1,987 𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄(
1
364,15) = 𝐶
𝐶 = 19.15
Para 90
6,22 +(9293.596 𝑘𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄ )
1,987 𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄(
1
363,15) = 𝐶
𝐶 = 19.10
UNMSM-FQIQ Laboratorio de Fisicoquímica I Presión de vapor
20
Para 89
6,18 +(9293.596 𝑘𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄ )
1,987 𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄(
1
362,15) = 𝐶
𝐶 = 19.10
Para 88
6,14 +(9293.596 𝑘𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄ )
1,987 𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄(
1
361,15) = 𝐶
𝐶 = 19.10
Para 87
6,10 +(9293.596 𝑘𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄ )
1,987 𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄(
1
360,15) = 𝐶
𝐶 = 19.09
Para 86
6,07 +(9293.596 𝑘𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄ )
1,987 𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄(
1
359,15) = 𝐶
𝐶 = 19.09
Para 85
6,06 +(9293.596 𝑘𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄ )
1,987 𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄(
1
358,15) = 𝐶
𝐶 = 19.12
Para 84
6.03 +(9293.596 𝑘𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄ )
1,987 𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄(
1
357,15) = 𝐶
𝐶 = 19.13
Para 83
5.99 +(9293.596 𝑘𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄ )
1,987 𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄(
1
356,15) = 𝐶
𝐶 = 19.12
UNMSM-FQIQ Laboratorio de Fisicoquímica I Presión de vapor
21
Para 82
5.96 +(9293.596 𝑘𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄ )
1,987 𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄(
1
355,15) = 𝐶
𝐶 = 19.13
Para 81
5.93 +(9293.596 𝑘𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄ )
1,987 𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄(
1
354,15) = 𝐶
𝐶 = 19.14
Para 80
5.92 +(9293.596 𝑘𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄ )
1,987 𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙⁄(
1
353,15) = 𝐶
𝐶 = 19.16
𝐶𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 = 19.06
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22
VII-TABLA DE RESULTADOS
8.1MÉTODO GRAFICO
TABLA Nº3
T(ºC) T(ºK) 1/T (ºK)X10-3 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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23
8.2 RESULTADOS TEÓRICOS
TABLA Nº4
HT(K) 1/TX10-3 Ln(Pv) P(mmHg)
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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24
8.3 RESULTADOS COMPARATIVOS (Experimental-Teórico)
TABLA N°5
T(ºC) T(ºK) 1/T (ºK)X10-3 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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25
VIII-GRAFICOS
Ecuación de Clausius-Clapeyron
Experimentalmente
Teóricamente
y = -4.6777x + 19.137 5.8
5.9
6
6.1
6.2
6.3
6.4
6.5
6.6
6.7
2.66 2.68 2.7 2.72 2.74 2.76 2.78 2.8 2.82 2.84
Ln(P) vs 1/T x10-3
y = -5.0409x + 20.145
5.8
5.9
6
6.1
6.2
6.3
6.4
6.5
6.6
6.7
2.66 2.68 2.7 2.72 2.74 2.76 2.78 2.8 2.82 2.84
Ln(Pv ) vs 1/T x10-3
Serie 1
Lineal (Serie 1)
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26
IX- DISCUSIÓN DE RESULTADOS
El ∆Hv 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 ∆Hv teorico(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 %)
UNMSM-FQIQ Laboratorio de Fisicoquímica I Presión de vapor
27
X-CONCLUSIONES
A medida que la temperatura disminuye, también lo hace la presión de
vapor.
En la determinación del ∆𝑯𝒗 𝒆𝒙𝒑 , 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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28
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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29
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.
UNMSM-FQIQ Laboratorio de Fisicoquímica I Presión de vapor
30
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.
UNMSM-FQIQ Laboratorio de Fisicoquímica I Presión de vapor
31
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.
UNMSM-FQIQ Laboratorio de Fisicoquímica I Presión de vapor
32
XIII-ANEXOS
Artículo
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.
UNMSM-FQIQ Laboratorio de Fisicoquímica I Presión de vapor
33
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.
UNMSM-FQIQ Laboratorio de Fisicoquímica I Presión de vapor
34
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.
UNMSM-FQIQ Laboratorio de Fisicoquímica I Presión de vapor
35
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).
UNMSM-FQIQ Laboratorio de Fisicoquímica I Presión de vapor
36
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.
UNMSM-FQIQ Laboratorio de Fisicoquímica I Presión de vapor
37
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 fuera de la tobera
del soplador de hollín desaloja la
ceniza y suciedad seca, la cual caerá
en las tolvas o será arrastrado y
expulsado con los gases de
combustión.
Figura 8.0
UNMSM-FQIQ Laboratorio de Fisicoquímica I Presión de vapor
38
Vapor para Hidratación
Algunas veces el vapor es usado para hidratar el proceso mientras se suministra
calor al mismo tiempo. Por ejemplo, el vapor es utilizado para la hidratación en la
producción del papel, así que ese papel que se mueve en los rollos a gran
velocidad no sufra rupturas microscópicas. Otro ejemplo son los molinos de
bolitas. Continuamente los molinos que producen las bolitas de alimento para
animales utilizan inyección-directa de vapor tanto para calentar como para
proporcionar contenido de agua adicional al que es suministrado en la sección de
acondicionamiento del molino.
Molino Acondicionador de Bolitas
Figura 9.0
La hidratación del alimento lo suaviza
y gelatiniza parcialmente el almidón
contenido en los ingredientes,
resultando en bolitas más firmes.
Vapor para Humidificación
Muchas grandes instalaciones industriales y comerciales, especialmente en climas
más fríos, utilizan vapor saturado a baja presión como la fuente de calor
predominante para calentamiento interior estacional. Las bobinas HVAC,
normalmente combinadas con humidificadores de vapor, son el equipo usado para
el acondicionamiento del aire, para confort interno, preservación de registros y
libros, y de control de infecciones. Cuando se calienta el aire frío por las bobinas
de vapor, la humedad relativa del aire gotea, y entonces deberá ser ajustada a los
niveles normales en adiciona una inyección controlada de vapor seco saturado en
la línea inferior del flujo de aire.
Humidificador de Vapor en Ductos de Aire
Figura 10.0
El vapor usado para humidificar el aire
dentro de un conducto de aire antes de ser
distribuido hacia otras áreas de un edificio.