balances de energÍa en estado inestable
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Laboratorio de Termodinámica
Equipo:
Claudia Cecilia López Prado
Sara Luz Vera García
Evelyn Carmona Aguilar
Luis Ángel Alejandro López
Ada Nagera Long
Marta Elizondo Álvarez
BALANCES DE ENERGÍA EN ESTADO
INESTABLE, MEZCLADO NO IDEAL,
INTERMITENTE DE SOLUCIÓN
En 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.
INTRODUCCION
Principio de la conservación de la energía
2
21 mveticaEnergiaCin
saUnidadDeMaeticaEnergiaCin
vm
eticaEnergiaCin 2
21
mghencialEnergiaPot
saUnidadDeMaencialEnergiaPot
ghm
encialEnergiaPot
UdadDeMasaernaPorUniEnergiaInt
UgZvmdt
dQWUgZvmUgZvm 2
22
2
2211
2
11 21
21
21
conjuntosuensistemaelmuevesequsonlaVelocidadcv
sistemadelafuerahaciafluidoal
empujarparasistemaporelrealizadoTrabajo
sistemaeriordelalfluidoempujaralpara
externapresiónlaporrealizadoTrabajo
WfluidoelsobreagitadorelrealizaqueTrabajo
W
S
int
A continuación se muestra la ecuación para el balance de energía asi como las consideraciones tomadas para llegar a esta ecuación.
Si V representa el volumen específico del fluido cada unidad de masa de fluido ocupará un
volumen V.
La presión externa en el punto 1 empuja al fluido hacia el interior del sistema, mientras que
en el punto 2 el fluido tiene que “vencer” la presión externa para poder fluir, entonces:
11VP Trabajo realizado por los alrededores sobre el sistema para empujar una
unidad de masa de fluido hacia dentro del sistema
22VPTrabajo realizado por el sistema para empujar una unidad de masa
de fluido hacia fuera del sistema
111 VPm Trabajo realizado por las fuerzas/tiempo
222 VPm Trabajo realizado por el sistema junto con las
fuerzas externas
222111 VPmVPmWW S
dt
dEVPmVPmWQUgZvmUgZvm TOTAL
S 22211122
2
2211
2
11 21
21
dt
dEWQVPUgZvmVPUgZvm TOTAL
S
HH
21
2222
2
221111
2
11 21
21
Y finalmente obtenemos la ecuación general par aun balance de energía:
dt
dEWQHgZvmHgZvm TOTAL
S 22
2
2211
2
11 21
21
Determinar mediante un balance de materia y
energía la temperatura final de una mezcla
intermitente de dos corrientes puras.
OBJETIVO
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.
METODOLOGIA
1) Colocar en el vaso (preferentemente térmico) 20 mL de agua y
registrar 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 en
la mezcla.
5) Realizar el procedimiento por triplicado.
DESARROLLO EXPERIMENTAL
DIAGRAMA.
1. Tome las medidas de seguridad pertinentes.
2. Lave y limpie adecuadamente el
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.
4. Tome con precaución la temperatura del acido.
5. Vierta 5 mL de acido en el agua y agite ligeramente
mientras toma la temperatura.
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 72.2
2 29.8 29.8 71.9
3 28 28 75.2
4 27.4 27.4 75.1
PROMEDIO: 28.2 28.2 73.6
ANALISIS.
Para el Cp*:
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.
Gráfica para determinar la capacidad calorífica de mezclas de ácido
sulfúrico-agua a 20°C. Tomado del Rusell, T.W.F. y Denn, M.M., “Introducción al
análisis en ingeniería Química”Limusa, México, D.F., 1976. p 354.
NOMENCLATURA.
CALCULOS.
95% en masa de acido
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 que provocan errores, para medir correctamente el calor generado sería necesario aislar el sistema lo cual nos resulta imposible con el equipo disponible.
DISCUSIÓN Y CONCLUSIÓN.
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”
http://www.pemex.com/files/content/NRF-055-PEMEX-2004.pdf
Ing. Miguel Flores Prado “manual de la materia de Termodinámica”
Referencias