BALANCES DE ENERGÍA EN ESTADOINESTABLE, MEZCLADO NO IDEAL,

INTERMITENTE DE SOLUCIÓN

Equipo:Laboratorio de Termodinámica

Claudia Cecilia López PradoSara Luz Vera García Evelyn Carmona Aguilar Luis Ángel Alejandro López Ada Nagera LongMarta Elizondo Álvarez

INTRODUCCIONEn la década de 1830-1840 James Prescott Joule condujo una serie de brillantes experimentos que demostraron la relación entre calor, trabajo y energía. demostró la existencia en una relación cuantitativa entre calor y trabajo y en consecuencia que el calor es una “forma de energía”. El sistema recibe energía en forma de trabajo pero cede esa energía en forma de calor.

Principio de la conservación de la energía

2

2

A continuación se muestra la ecuación para el balance de energía asi como las consideraciones tomadas para llegar a esta ecuación.

EnergiaCin etica 1 mv2

2

E n e r g i a C i n

e ti c a m 1 v

EnergiaCin etica

UnidadDeMasa

Trabajo que realiza el agitador sobreel fluido W

S

EnergiaPot encial mgh

EnergiaPot encial

Trabajo realizado por la presión externa

W para empujaral fluido al int eriordel sistema

ghm

EnergiaPot encial

UnidadDeMasa

Trabajo realizado porel sistema para empujar

EnergiaInternaPorUnidadDeMasa U

al fluido hacia afuera del sistema

m

1v2 gZ U m 1 v2 gZ U W Q

d m

1v2 gZ U

1 2 1 1 1 2 2 2 2 2 dt 2

v Velocidadc onla qus se mueveel sistema en su conjunto

Si V representa el volumen específico del fluido cada unidad de masa de fluido ocupará unvolumen V.La presión externa en el punto 1 empuja al fluido hacia el interior del sistema, mientras queen el punto 2 el fluido tiene que “vencer” la presión externa para poder fluir, entonces:

P1V1

P2V2

Trabajo realizado por los alrededores sobre el sistema para empujar unaunidad de masa de fluido hacia dentro del sistema

Trabajo realizado por el sistema para empujar una unidad de masade fluido hacia fuera del sistema

m1 P1V1

Trabajo realizado por las fuerzas/tiempo

m 2 P2V2

Trabajo realizado por el sistema junto con las fuerzas externas

W WS

m1P1V1

m2 P2V2

v v 2

m 1

v2 gZ U m 1

v2 gZ U Q W

m PV m P V dETOTAL

1 2 1

1 1 2 2 2 2 2

S 1 1 12 2 2

dt

m 1 v2 gZ U PV m

1 v2 gZ U P V Q W

dET OT AL

1 2 1 1 1

11 2 2 2 2 2

22 S

dt

H1 H 2

Y finalmente obtenemos la ecuación general par aun balance de energía:

m 1 1

2 1

gZ1 H1 m

1 22 2 2 gZ2 H 2

Q

W

S

dETOTAL

dt

OBJETIVO

Determinar mediante un balance de materia yenergía la temperatura final de una mezclaintermitente de dos corrientes puras.

METODOLOGIA Material y reactivos.

H2SO4

H2O

2 Pipeta volumétrica de 10 ml.

Termómetro

Vaso térmico de unicel de 250 ml con tapa ó vasos de precipitados.

DESARROLLO EXPERIMENTAL

1) Colocar en el vaso (preferentemente térmico) 20 mL de agua yregistrar la temperatura.

2) Registrar la temperatura del ácido sulfúrico.

3) Adicionar lentamente 5 mL de ácido sulfúrico al vaso.

4) Tapar el vaso, agitar y registrar la temperatura más alta obtenida enla mezcla.

5) Realizar el procedimiento por triplicado.

D

piee el

1. Tome las medidas de seguridad pertinentes.

2. Lave y limadecuadament

material.

3. En un vaso vierta 20 ml de agua y tome la

temperatura de esta, tenga cuidado que el termómetro

no este pegado a las paredes del vaso.

5. Vierta 5 mL de acido en el agua y agite ligeramente

mientras toma la temperatura.

4. Tome con precaución la temperatura del acido.

En la siguiente imagen se muestra como se disuelve el acido en el agua, en la parte que parece humo blanco en el fondo del vaso, también puede apreciarse el vapor desprendido.

La mezcla de agua y acido liberara una considerable cantidad de calor.

RESULTADOS.

Experimento: T agua T acido T mezcla

1 27.6 27.6 72.22 29.8 29.8 71.9

3 28 28 75.24 27.4 27.4 75.1

PROMEDIO: 28.2 28.2 73.6

ANALISIS.

Gráfica para determinar calores de solución en agua 25°C. Tomada de Tomado del Rusell, T.W.F. y Denn, M.M., “Introducción al análisis en ingeniería química” Limusa, México, D.F.,1976. p 350.

Para el Cp*:

Gráfica para determinar la capacidad calorífica de mezclas de

sulfúrico-agua a 20°C. Tomado del Rusell, T.W.F. y Denn, M.M., “Introducción alanálisis en ingeniería Química”Limusa, México, D.F., 1976. p 354.

NOMENCLATURA.

CALCULOS.

95% en masa de acido

DISCUSIÓN Y CONCLUSIÓN.Como se puede observar los resultados obtenidos analíticamente y experimentalmente difieren, lo cual se debe a diferentes causas. Una de las causas es que las ecuaciones utilizadas en esta practica están basadas en condiciones ideales y con valores constantes que en la realidad están en función de la temperatura. En la ejecución del experimento también existen diversas y variadas causas queprovocan errores, para medir correctamente el calor generado seríanecesario aislar el sistema lo cual nos resulta imposible con el equipodisponible.

Referencias Rusell, T.W.F. y Denn, M.M., “Introducción al análisis en

ingeniería química”Limusa, México, D.F., 1976. Fólder, G. V., “Principios elementales de los procesos químicos”,

Addison-Wesley Iberoamericana, México, D,F., 1991. Theodore L. Brown,Bruce E. Bursten,Julia R. Burdge, “Química: la

ciencia central” htt p:/ / www.pe mex .co m/ f ile s / co nt e nt / NR F - 055 - P EMEX -

20 04 .pdf Ing. Miguel Flores Prado “manual de la materia de

Termodinámica”