Informe Presion De Vapor

Resumen

Se determinó experimentalmente la presión de vapor para dos sustancias puras en ebullición: propanol y agua destilada a diferentes temperaturas, mediante un equipo que opera a vacío y permite la regulación de la presión de manera que ésta aumente gradualmente hasta la presión atmosférica (559,3 mmHg) a las condiciones del laboratorio. Se establecen entonces parejas Pvap-T que graficadas permiten efectuar correlaciones que sugieran una tendencia de los datos para el rango de propiedades estudiado. Se calculan entonces las constantes A y B en la correlación de Calingaert-Davis, mediante un ajuste lineal por mínimos cuadrados de lnPvap contra 1/T y A, B y C en la ecuación de Antoine mediante la resolución de un sistema no lineal de ecuaciones. La relación de Clausius-Clapeyron permite efectuar la determinación del calor latente de vaporización para cada una de las sustancias. Por último, se establecen cuantitativamente las discrepancias entre los valores calculados y los reportados por la literatura.

Palabras Clave: Presión de vapor, temperatura de ebullición, relación de Clausius-Clapeyron, ecuación de Antoine, equilibrio líquido/vapor.

OBJETIVOS

-Objetivo general

Determinar parejas de presión y temperatura de saturación para dos sustancias líquidas puras: propanol de agua.

-Objetivos específicos

Determinar experimentalmente la temperatura de ebullición de agua y propanol a diferentes presiones y realizar la gráfica Pvap vs. T para cada una de las sustancias.

Obtener el diagrama lnPvap vs. 1/T para cada una de las sustancias puras y determinar el calor de vaporización experimental usando la relación de Clausius-Clapeyron.

Determinar experimentalmente las constantes involucradas en dos correlaciones para la presión de vapor de las sustancias analizadas: A y B en la relación de Calingaert-Davis y A, B y C de la ecuación de Antoine, realizando la comparación pertinente con los datos reportados en la literatura.

Realizar el diagrama de Cox para las dos sustancias puras.

1. INTRODUCCIÓN

La presión de vapor de un líquido puro se da cuando las moléculas del líquido superan infinitesimalmente la presión del sistema, y está determinada por la temperatura y la naturaleza del líquido [1]. La coexistencia de fases más encontrada en la práctica industrial son el vapor y el líquido, por lo que su estudio resulta de particular importancia. En el presente documento se detalla un procedimiento para la determinación de las propiedades fundamentales inherentes al equilibrio líquido/vapor en dos sustancias puras: propanol y agua.

El estudio de las propiedades que rigen el comportamiento de las sustancias en procesos de cambios de fase es trascendental en Ingeniería Química. Este laboratorio busca determinar las condiciones particulares para que tales cambios tengan lugar y a la vez se plantea como un procedimiento experimental que permite la definición de correlaciones para las parejas P-T de las sustancias examinadas, en un rango similar al analizado en la práctica.

La presión de vapor es un parámetro importante para definir los límites de algunas operaciones que se efectúan a nivel industrial, pues especifica el comportamiento que seguirá una sustancia pura a determinada temperatura. Así, por ejemplo, el índice de peligrosidad (Ip) de una sustancia está determinado por el cociente entre su presión de vapor y su CMP (concentración máxima permitida) en condiciones estándar (25 °C y 1 atm); en este contexto, la presión de vapor permite analizar la viabilidad del uso de una sustancia para actividades determinadas, indicando la probabilidad de que la misma se volatilice. Esta misma interpretación hace a la presión de vapor un concepto fundamental en la evaluación de riesgos químicos y biológicos de una sustancia a determinadas condiciones. Así mismo, en hidrocarburos y combustibles, se ha encontrado una relación directa entre la presión de vapor y la inflamabilidad, por lo que esta variable será decisiva en el diseño de motores de combustión para vehículos.

El método efectuado permite la medición de la temperatura de saturación de las sustancias que se analizan a condiciones de presión por debajo de la atmosférica. Sucesivos aumentos de presión permiten el bosquejo de una curva que relaciona las dos propiedades y permite la formulación de una tendencia que ajuste de forma aproximada el comportamiento de los datos a las condiciones de la experiencia, al igual que la determinación de la energía requerida para la vaporización.

2. MARCO TEÓRICO [3]

2.1. Regla de las fases

El estado termodinámico de un fluido homogéneo puro se determina cada vez que se dan valores a dos propiedades termodinámicas intensivas. En contraste, cuando dos fases están en equilibrio, el estado del sistema se establece al especificar sólo una propiedad. Para sistemas de fases múltiples en equilibrio, el número de variables independientes que deben fijarse en forma arbitraria a fin de establecer su estado intensivo se proporciona por la regla de las fases de Gibbs, dada por:

Donde es el número de fases, es el número de especies químicas y representa los grados de libertad del sistema.

2.2. Diagrama de fases

Corresponde a una representación gráfica de las fronteras entre diferentes fases de una sustancia en función de variables elegidas para facilitar el estudio del mismo, generalmente la temperatura y la presión.

En un diagrama de fase P-T, se coloca en el eje de las ordenadas la presión y en el de abscisas la temperatura. Existen dentro del diagrama un punto triple (en el cual coexisten las fases sólida, líquida y gaseosa) y un punto crítico en el que se detiene la curva que separa las fases líquidas y vapor, más allá del cual se presenta el fluido supercrítico. Una representación típica de un diagrama de fases se presenta en la figura 1.

Figura 1. Diagrama de fases típico para una sustancia pura.

La curva que separa las fases vapor-líquido se detiene en un punto llamado punto crítico. Más allá de este punto, la materia se presenta como un fluido supercrítico que tiene propiedades tanto de los líquidos como de los gases.

2.3. Calor latente de vaporización de sustancias puras

Un cambio de fase en una sustancia pura requiere la transferencia de una cantidad finita de energía a ésta. Este efecto térmico, en transiciones de líquido a vapor, se denomina calor latente de vaporización. Esta magnitud es función de sólo una temperatura, que está relacionada con otras

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