formato manual de practica de termodinamica
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Unidad: Instituto Tecnológico Superior de
Coatzacoalcos.
Edición
No. 1
Fecha de Edición:
Enero 2013
Departamento: Ingeniería Química.
Materia:
TERMODINÁMICA
MANUAL DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO BASADO
EN COMPETENCIAS.
MATERIA: TERMODINAMICA
CARRERA: INGENIERÍA QUÍMICA
CLAVE DE LA ASIGNATURA: AEF-1065
SATCA: 3-2-5
SEMESTRE: TERCERO
ELABORADO POR: ING. PEDRO SALVADOR ROSAS
Revisión Autorización
Academia de
Ingeniería Química
Jefe de División de Ingeniería Química
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Unidad: Instituto Tecnológico Superior de
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Edición
No. 1
Fecha de Edición:
Enero 2013
Departamento: Ingeniería Química.
Materia:
TERMODINÁMICA
INDICE DE PRÁCTICAS
No. de
Práctica
Nombre de la práctica Página
1 Reglamento de Laboratorio 5
2 Realizar mediciones de presión usando manómetros,
vacuómetros y barómetros 12
3 Procesos de cambio de fase de una sustancia pura 14
4 Transferencia de calor en el condensador de la torre de
destilación 19
5 Demostración de la capacidad calorífica del agua 22
6 Identificación las partes más importantes que conforman un
ciclo de refrigeración 25
7 Secado de productos alimenticios 29
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Edición
No. 1
Fecha de Edición:
Enero 2013
Departamento: Ingeniería Química.
Materia:
TERMODINÁMICA
PRESENTACION.
El curso de Laboratorio de Termodinámica tiene el propósito de enseñarte a llevar a cabo experimentos relacionados con los principales conceptos del curso teórico de Termodinámica, para que puedas verlos ilustrados en algunos sistemas, muchas veces sencillos; que puedas desarrollar algunos modelos que representan los procesos de sistemas en equilibrio termodinámico, a partir del conocimiento de los dispositivos de laboratorio diseñados y existentes para la realización de dichas experiencias, cuyas principales características deberás descubrir para generar un modelo físico conceptual simple del proceso en cuestión, de modo que la aplicación de tus conocimientos teóricos te permita establecer y comprobar las relaciones pertinentes. Luego habrás de identificar, a partir de dichas relaciones, cuáles son los datos de laboratorio que deberás tomar, los parámetros físicos, químicos y geométricos que deberás conocer, así como otra información pertinente que deberás buscar, tanto en el laboratorio como en la biblioteca. Una vez que has cumplido esta etapa, estás en la posibilidad de diseñar tu experimento: elegir un material o sustancia, elaborar un formato de "Hoja de datos de laboratorio" que contenga toda la información requerida por el experimento, planear la secuencia de las actividades a desarrollar en el transcurso del mismo, previendo cuáles serán los instrumentos periféricos de servicio y de medición que vas a requerir. Estas son las actividades que te permitirán realizar una experiencia de laboratorio ilustrativa y estimulante, son tu preparación para obtener el máximo de tu trabajo experimental. En el pre reporte de la práctica incluirás todos los aspectos arriba señalados, para mostrar que te has preparado convenientemente para llevar a cabo la experiencia. La realización misma del experimento te brindará otras experiencias, aprenderás a "mover las manos", pero también es muy importante que agudices todos tus sentidos, que aprendas a observar y relacionar lo que sucede en tu sistema y sus alrededores, que interpretes lo que observas de acuerdo a tus conocimientos adquiridos a través de tus estudios y si lo crees conveniente pruebes mejoras al sistema, tratando de obtener los mejores resultados. Con esto quiero decir que trates de saber por ejemplo, si tu sistema es realmente isotérmico, si está bien agitado, si causas las mínimas perturbaciones posibles al tomar las lecturas con tus instrumentos, si no existen gradientes de presión o densidad indeseables que podrían inducir algún efecto indebido, etc... Hacerte preguntas en este sentido te formarán como profesionista cuidadoso y serio en su trabajo y te permitirán obtener buenos resultados y la satisfacción de conocer un poco más del comportamiento de los materiales y sistemas de la ingeniería. En esta etapa anotarás todos los datos en tu hoja de datos de laboratorio y todas las observaciones que consideres importantes, ocurridas en el transcurso del experimento.
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No. 1
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TERMODINÁMICA
COMPETENCIAS A DESARROLLAR.
Competencias específicas:
Seleccionar e interpretar propiedades termodinámicas en tablas y diagramas.
Estimar propiedades termodinámicas de gases, empleando ecuaciones de estado.
Aplicar la primera ley de la
termodinámica a diferentes sistemas de equipos y procesos.
Cuantificar los requerimientos térmicos en diferentes procesos.
Resolver problemas de diferentes tipos de energía, calor y trabajo.
Competencias instrumentales
Capacidad de análisis y síntesis
Capacidad de organizar y planificar
Conocimientos básicos de la carrera
Comunicación oral y escrita
Habilidades básicas de manejo de la computadora
Habilidad para buscar y analizar información proveniente de fuentes diversas
Solución de problemas
Toma de decisiones. Competencias interpersonales
Capacidad crítica y autocrítica
Trabajo en equipo
Habilidades interpersonales
Competencias sistémicas
Capacidad de aplicar los conocimientos en la práctica
Habilidades de investigación
Capacidad de aprender
Capacidad de generar nuevas ideas (creatividad)
Habilidad para trabajar en forma autónoma
Búsqueda del logro
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TERMODINÁMICA
Práctica No. 1
Nombre de la práctica: Reglamento de Laboratorio.
1. Objetivo.
Cumplir con las medidas de higiene y seguridad descritas en el reglamento de
laboratorio, con el fin de evitar accidentes dentro del mismo.
2. Introducción.
El Instituto Tecnológico Superior de Coatzacoalcos, fundado en el año de
1999, cuenta actualmente con un moderno Laboratorio de Ingeniería
Bioquímica y Química el cual tiene como objetivo principal la atención al
alumno en la realización de las prácticas del docente, así mismo atender las
solicitudes de Proyectos Empresariales Estudiantiles y prestar servicios
externos a las dependencias que los soliciten.
Por lo anterior se hace necesario el trabajo en equipo, armonía y respeto en el
desarrollo de nuestras actividades dentro del Laboratorio, obteniendo así la
calidad y exactitud en los resultados y por ende la certificación de nuestro
Laboratorio.
El presente reglamento tiene como fin lograr los resultados antes
mencionados. Es por ello que se pide analizar y poner en práctica los
lineamientos aquí indicados, así como el estatuto escolar del Instituto
Tecnológico Superior de Coatzacoalcos, del Estado de Veracruz.
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No. 1
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Materia:
TERMODINÁMICA
3. Material, Equipos y Reactivos
Materiales Equipos Reactivos
1 Reglamento de laboratorio 1 Cañón y computadora N/A
2 Norma Mexicana NOM-
005-STPS-1998.
4. Procedimiento.
a) De forma grupal, leer el reglamento oficial vigente del laboratorio de Ing.
Química y Bioquímica del ITESCO.
b) Al término de la lectura (o según lo indique el docente), comentar los
aspectos que no se consideren claros.
c) Realizar una breve visita (acompañados por el docente) a todas las
áreas del laboratorio de Ing. Química y Bioquímica del ITESCO e
identificar claramente el área destinada para la elaboración de las
prácticas de la asignatura de Laboratorio Integral 1.
d) El alumno, de acuerdo a su experiencia y trabajo dentro del laboratorio,
redactará algunas sugerencias a las jefaturas correspondientes para
poder modificar, para una mayor eficiencia en el laboratorio, el
reglamento vigente.
1. Cuestionario.
1. Describa el equipo básico de seguridad que debe utilizarse en el
laboratorio de Ingeniería química del ITESCO.
2. Describa cuáles son las medidas básicas de seguridad en el laboratorio
de ingeniería química del ITESCO
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No. 1
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Materia:
TERMODINÁMICA
Referencias bibliográficas.
Reglamento de laboratorio de Ingenierías Bioquímica y Química del
Instituto Tecnológico Superior de Coatzacoalcos. .
Norma Mexicana NOM-005-STPS-1998.
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TERMODINÁMICA
Práctica No. 2
Nombre de la práctica: REALIZAR MEDICIONES DE PRESIÓN USANDO
MANÓMETROS, VACUÓMETROS Y BARÓMETROS
1. Objetivo.
Obtener la curva de calibración de un manómetro Bourdon utilizando un
manómetro Tipo U como dispositivo patrón
Conocer los dispositivos utilizados para medir presión.
Realizar las mediciones correspondientes.
Graficar la presión arrojada por el manómetro en U en función de la presión arrojada por el manómetro a la salida del tanque.
Determinar la linealidad, el error de offset y el coeficiente de calibración
2. Introducción.
Calibración de instrumentos
El proceso de calibración consiste en comparar los valores reportados
por el instrumento contra los respectivos valores verdaderos obtenidos
mediante el uso de un patrón. Por ejemplo, un manómetro de presión
puede ser calibrado comparando su respuesta contra la presión equivalente
de una columna de agua leída en un manómetro en U.
Típicamente el resultado de un proceso de calibración se expresa en
una gráfica de valor real vs. Valor reportado por el instrumento. Se
obtiene la curva que mejor se ajuste a los puntos experimentales obtenidos.
Cuando la expresión matemática corresponde a una línea, la pendiente
indica el grado de Calibración del instrumento y la constante indica el error
de offset del instrumento.
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TERMODINÁMICA
3. Material, Equipos y Reactivos
Materiales Equipos Reactivos
01 Vacuómetro
Evaporador de Película
ascendente
01 Manómetro de tubo en U Torre de destilación
01 Manómetro de Bourdon Generador de Vapor
01 Manómetro de Bourdon Sistema UHT/HTST
4. Procedimiento
1. Llenar el recipiente con gas a presión.
2. Conectar el manómetro tipo Bourdon y un tubo en U al recipiente.
3. Medir la presión directamente del manómetro.
4. Medir la diferencia de alturas de la columna de mercurio.
5. Recolección de datos
5. Cuestionario.
Defina los siguientes conceptos:
1. Presión
2. Presión absoluta
3. Presión manométrica
4. Presión de vació
5. Manómetro de Bourdon
6. Manómetro de tubo en U
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6. Referencias bibliográficas.
Yunus A. Cengel, Michael A.Boles, Termodinámica, Quinta edición, McGraw-Hill.
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Práctica No. 3
Nombre de la práctica: PROCESO DE CAMBIO DE FASE DE UNA
SUSTANCIA PURA .
1. Objetivo.
Que el alumno aplique los conceptos básicos en la explicación del proceso
de cambio de fase de una sustancia pura cualquiera, observando el cambio
de estado que sufren durante el transcurso y las propiedades que varían.
2. Introducción.
Se denomina cambios de fase a variaciones bruscas en alguna propiedad de
un material que ocurran a una temperatura bien definida. El ejemplo más usual
de cambios de fase es el paso de un material entre sus estados sólido, líquido
y gaseoso. Otros ejemplos de cambios de fase son el paso de una estructura
cristalina a otra en hielo a distintas presiones, la propiedad magnética adquirida
o perdida por algunos materiales a ciertas temperaturas, y la pérdida de la
resistencia eléctrica a muy bajas temperaturas (superconductividad) en el caso
de algunos materiales.
Para el caso de los cambios de estado sólido, líquido y gaseoso en un material,
la temperatura a que ocurre el cambio depende de la presión a que esté
sometido el material. Por ejemplo, el agua pasa de estado líquido a gaseoso
(hierve) a más de 100ºC si la presión es mayor que la atmosférica, y a menos
de esa temperatura si la presión es menor que la atmosférica. Tal vez
sorprenda enterarse que en las chimeneas submarinas la mezcla agua
líquida/vapor de agua emana a más de 300ºC. Pero la temperatura del agua
que sale no es sorprendente si se razona
Que a algunos kilómetros de profundidad la presión del agua es del orden de
varios cientos de atmósferas, así que el agua hierve a temperaturas bastante
por arriba de 100ºC.
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En la naturaleza existen tres estados usuales de la materia: sólido, líquido y
gaseoso. Al aplicarle calor a una sustancia, ésta puede cambiar de un estado a
otro. A estos procesos se les conoce como Cambios de Fase. Los posibles
cambios de fase son:
de estado sólido a líquido, llamado fusión,
de estado líquido a sólido, llamado solidificación,
de estado líquido a gaseoso, llamado evaporación o vaporización,
de estado gaseoso a líquido, llamado condensación,
de estado sólido a gaseoso, llamado sublimación progresiva, y
de estado gaseoso a sólido, llamado sublimación regresiva.
DIAGRAMA PVT
El diagrama PVT es la representación en el espacio tridimensional Presión - Volumen específico - Temperatura de los estados posibles de un compuesto químico.
Estos estados configuran en el espacio PVT una superficie discontinua, debiéndose las discontinuidades a los cambios de estado que sufre el compuesto al variarse las condiciones de presión y temperatura, que son las variables que suelen adoptarse como independientes en los estudios y cálculos termodinámicos, principalmente por la relativa sencillez de su medida.
Las superficies delimitan las zonas de existencia de la fase sólida, la fase líquida y la fase gaseosa.
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CILINDRO- EMBOLO
3. Material, Equipos y Reactivos
Materiales Equipos Reactivos
1
Parrilla eléctrica
Vaso de precipitados de 1 L
Termómetro
1 L Agua (H2O)
LIQ.
COMPRIMID
OoO
LIQ.
SATURADO
MEZCLA
SATURADA
VAPOR
SATURDAD
O
VAPOR
SOBRECALENT
ADO
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4. Procedimiento.
a. Encendemos la parrilla eléctrica
b. Llenamos el vaso precipitado de 1L con agua
c. Colocamos el vaso con la sustancia pura en este caso agua sobre la
parrilla
d. Introducimos el termómetro dentro del vaso para medir los cambios
de temperatura
e. Dejamos que el agua llegara a su punto de ebullición.
f. Observamos que sucede durante el proceso de cambio de fase, en
cuanto a sus propiedades de presión, temperatura y volumen.
PROPIEDADES
PRESION (P)
VOLUMEN (V)
TEMPERATURA
(T)
ESTADO INICIAL
ESTADO 2
ESTADO 3
ESTADO 4
ESTADO 5
ESTADO FINAL
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ESQUEMAS.
DIAGRAMA P-V para el proceso de calentamiento de agua a presión constante.
5. Cuestionario.
Defina los siguientes conceptos:
1. Líquido comprimido
2. Líquido saturado
3. Mezcla saturada liq-vapor
4. Vapor saturado
5. Vapor sobrecalentado
6. Referencias bibliográficas.
Yunus A. Cengel, Michael A.Boles, Termodinámica, Quinta edición,
McGraw-Hill.
1) LIQUIDO
COMPRIMIDO
2) LIQUIDO
SATURADO
3) MEZCLA
SATURADA
4) VAPOR SATURADO
5) VAPOR
SOBRECALENTADO
200
100
20
v
2 3
4
5
T,
ºC
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Práctica No. 4
Nombre de la práctica: TRANSFERENCIA DE CALOR EN EL
CONDENSADOR DE LA TORRE DE DESTILACIÓN
1. Objetivo.
Aplicar los principios básicos de la termodinámica en la operación y control
de una torre de destilación. Determinar el tipo de sistema termodinámico
empleado y calcular las temperaturas, presión y volúmenes en las distintas
fases del proceso.
2. Introducción.
La destilación es una operación unitaria utilizada para la separación de una
mezcla de líquidos miscibles mediante el suministro de energía en forma de
calor. Las mezclas miscibles son aquellas que son factibles de separar. Se
han hecho considerables avances en la instrumentación y el control de las
columnas de destilación en los últimos años, debido a la aparición de
sistemas enlazados a computadoras con paquetes de software para el
manejo de datos operativos de la planta.
La torre de destilación está formada por el reboiler, la torre de destilación y
el condensador. Como la torre de destilación opera a presiones
atmosféricas, se puede deducir que realiza procesos isobáricos.
La mezcla miscible es introducida en el reboiler para calentarla y
evaporarla, este es un dispositivo a manera de tanque, que está forrado con
un aislante térmico que no permite que escape calor a los alrededores del
sistema, conservando y aprovechando así la mayoría del calor transferido a
la mezcla.
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El rango de calor necesario para calentar la sustancia miscible en el reboiler
es de 1 a 1.7kW, según sea la necesidad de cada proceso, nunca debe
sobrepasar esta cantidad de energía ya que la columna de destilación es un
equipo muy exacto y
Solo se deben introducir los valores que se requieren de las propiedades,
no más de eso.
Cuando empieza a evaporarse la mezcla, los vapores se trasladan de
manera ascendente a lo largo de la torre de destilación, donde es posible
apreciarse a simple vista, en el prototipo para laboratorio. Este vapor
generado es condensado por el agua fría proveniente de la toma de agua
de enfriamiento.
La columna de destilación también está forrada con material aislante como
los poliuretanos, corchos, etc. según los costos.
El agua de enfriamiento entra al condensador para enfriar el vapor
generado de la sustancia miscible. El destilado, llamado condensado, cae
en el tanque de destilado con una mayor concentración de una de las
sustancias que componen la mezcla, específicamente la de menor punto de
ebullición. Aunque lleva un porcentaje en masa de la otra sustancia, ya que
no es cien por ciento efectiva la primera vez que se aplica el proceso a una
mezcla. De hecho, la pureza de destilación de las sustancias puede llegar a
ser hasta del 99.9%.
3. Material, Equipos y Reactivos
Materiales Equipos Reactivos
Agua de enfriamiento Torre de destilación 5
5
Lts. De Agua
Lts. De Alcohol Et.
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4. Procedimiento.
Encendido y operación de la torre de Destilación. 1. Nos aseguramos de que la torre de destilación esté desenergizada antes de
encender. 2. En el cuarto de control encendemos el interruptor general (gris) hacia arriba. 3. Encendemos los interruptores de paso posteriormente. 4. Vaciamos la mezcla miscible agua-alcohol al 50% de masa de cada una en
el reboiler. 5. Checamos las temperaturas de la torre. 6. Encendemos el reboiler con 1.5kW de energía para calentamiento. 7. Cuando empiece a ebullir el agua tomamos los datos de temperaturas
nuevamente, para lo que necesitamos que es balancear la energía en el condensador de la torre, tomamos las temperaturas 9, 10, 11 y 12.
8. Realizamos los cálculos necesarios.
Para apagar la torre de destilación. 1. Primero se apaga el calentamiento de la mezcla (reboiler). 2. Se apagan los interruptores de paso. 3. Se apaga el interruptor general.
CÁLCULOS. Se utiliza la fórmula Q = mCP∆T donde: Qalcohol=Qagua m= flujo másico (kg/s) Cp= capacidad calorífica ∆T= diferencial de temperatura
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Departamento: Ingeniería Química.
Materia:
TERMODINÁMICA
Para el valor de CP calculamos la temperatura promedio: buscamos el Cp en tablas termodinámicas a esa temperatura, la cual es de = 4.18 kJ/kg.K
5. Cuestionario.
Defina los siguientes conceptos:
1. Calor
2. Flujo másico
3. Capacidad calorífica
4. Diferencia de temperatura.
6. Referencias bibliográficas.
Yunus A. Cengel, Michael A.Boles, Termodinámica, Quinta edición, McGraw-Hill.
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Práctica No. 5
Nombre de la práctica: DEMOSTRACION DEL CALOR ESPECÍFICO DEL
AGUA
1. Objetivo.
Comparar la capacidad calorífica del agua con respecto a otras sustancias
puras.
2. Introducción.
Por el interior del calorímetro tipo Callendar circula una corriente de agua a
flujo constante, que se calienta mediante una resistencia eléctrica
conectada a un fuente de alimentación en corriente alterna.
Al cabo de un cierto tiempo se alcanza un régimen estacionario y la
temperatura de salida del agua, t2, permanece constante. Se lee esta
temperatura, así como l temperatura de entrada del agua, t1, y la potencia
que se disipa en la resistencia, W. Por ultimo, se determina el flujo de agua
φ que circula por el calorímetro recogiendo en un vaso la masa m que sale
del Callendar en un tiempo τ (φ = m/τ ).
Teoría: Una resistencia eléctrica alimentada con una potencia, W durante
un tiempo τ disipara en forma de calor una energía Q = Wτ. En régimen
estacionario el calor disipado en la resistencia se emplea en calentar el
agua que circula por calorímetro, que entrara a una temperatura t1 y saldrá
a una temperatura t2, de t forma que “absorberá” una cantidad de energía
dada por:
Q = mcp (t2 − t1). (1)
Parte de la energía cedida por la resistencia se pierde.
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3. Material, Equipos y Reactivos
Materiales Equipos Reactivos
1
Vaso de Precipitado 1 Columna de Destilación 30 gr NaCl
4. Procedimiento.
En la figura se indica la disposición de los instrumentos.
El flujo de agua que circula por el calorímetro dependerá de la
diferencia de altura ( presión hidrostática) entre el frasco de Mariotte (o
vaso de nivel constante y el propio calorímetro. Por tanto, el flujo φ se
puede variar colocando el frasco de Mariotte a más o menos altura.
Debe comprobarse que los flujos que se están obteniendo son
sustancialmente distintos. Suelen obtenerse mejores resultados usando
valores pequeños de flujo, usualmente: φ ≈ 1 − 3 g s−1. Debe evitarse
en todo momento la formación de burbujas de aire en el interior de
calorímetro y en el tubo de entrada. Una vez fijado el flujo (posición del
frasco de Mariotte), se conecta la fuente de alimentación, midiendo la
potencia disipada W. Una vez alcanzado el régimen estacionario
(cuando la temperatura t2 se mantiene estable), se anota la diferencia
de temperaturas t2 − t1, y se mide el flujo de agua, recogiendo durante
un tiempo τ el agua que sale del calorímetro en un vaso y midiendo su
masa m. Se obtiene de este modo un par experimental {W, φ · (t2 − t1)}.
A continuación se incrementa la potencia suministrada y se toman de
nuevo todos los datos. Se repite hasta medir unas cuatro potencias.
Posteriormente se varía el flujo de agua, cambiando la altura del frasco
de Mariotte, y se repite la serie de medidas. Se suelen medir tres flujos
y cuatro potencias para cada flujo, hasta obtener unos 12 pares
experimentales.
A continuación se representan gráficamente los puntos experimentales
obtenidos {W, φ·(t2−t1)}. En virtud de la ecuación (2), se realiza un
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ajuste lineal por mínimos cuadrados de W frente al producto φ · (t2 −t1).
De la pendiente obtenida del ajuste se determina la capacidad calorífica
del agua cp; de la ordenada en el origen, las pérdidas P.
Resultados:
1. Tablas de valores W, φ = mτ , t1, t2 para todas las medidas.
2. Representación gráfica de los puntos W frente a φ • (t1−t2), junto con
la recta de ajuste por mínimos cuadrados.
3. Obtención de la capacidad calorífica cp y las pérdidas P.
5. Cuestionario.
1. Representando todos los puntos experimentales en una sola gráfica,
obtener un valor promedio de cp. y compararlo con el valor tabulado.
2. Haciendo graficas distintas para cada flujo y para cada potencia,
discutir en qué medida las pérdidas y los valores obtenidos para cp.
dependen del flujo y de la potencia utilizados.
3. Analizar el efecto de la variación de la temperatura media a la que se
realiza el experimento sobre el valor obtenido para cp. .
6. Referencias bibliográficas.
Yunus A. Cengel, Michael A.Boles, Termodinámica, Quinta edición,
McGraw-Hill.
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Práctica No. 6
Nombre de la práctica: IDENTIFICACION DE LAS PARTES MAS
IMPORTANTES QUE CONFORMAN UN CICLO DE REFRIGERACIÓN
1. Objetivo.
Identificar las partes más importantes que conforman un ciclo
termodinámico de refrigeración y el propósito que cumple cada una de
ellas.
2. Introducción.
El ciclo de la bomba de calor o refrigeración
Un refrigerador se define como una máquina cuya función principal es la
de eliminar el calor de una región de baja temperatura. Como la energía no
puede destruirse, el calor tomado a una temperatura baja más cualquier
otra entrada de energía, deben disiparse en el espacio circundante. Si la
temperatura a la cual se disipa el calor es lo suficientemente alta como
para ser útil, p.ej. para calefacción de un espacio, la máquina se denomina
una bomba de calor.
Mediante el diseño selectivo de los componentes, el ciclo puede
optimizarse para aplicaciones de bomba de calor o para aplicaciones de
refrigeración. En realidad bajo ciertas aplicaciones ambas funciones útiles
pueden ser realizadas por una máquina, cuando las circunstancias lo
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permiten. Por ejemplo, en un establecimiento de productos lácteos en el
que se requiere la refrigeración para el enfriamiento y almacenamiento de
la leche, y a la vez se requiere agua caliente para el lavado de los tanques
o botellas.
El enunciado de Clausius de la Segunda Ley de la Termodinámica expresa que el calor no pasará de una región fría a una más caliente sin la ayuda de un “agente externo”. Por lo tanto un refrigerador, para funcionar, requerirá un “agente externo”, o sea una entrada de energía de alto poder calorífico.
Esta entrada de energía puede ser en la forma de trabajo, o una
transferencia de calor a una temperatura alta.
El tipo más común de bomba de calor o refrigerador usa una entrada de
trabajo y funciona en el ciclo de compresión del vapor.
El ciclo de compresión del vapor
La entrada de trabajo al ciclo de compresión del vapor impulsa un
compresor que mantiene una presión baja en un evaporador y una
presión más alta en un condensador.
La temperatura a la cual un líquido se evaporará (o un vapor se
condensará) depende de la presión; por lo tanto, si se introduce un fluido
adecuado se evaporará a una temperatura baja en el evaporador de
presión baja (tomando calor) y se condensará a una temperatura más alta
en el condensador de presión alta (eliminando calor).
El líquido de presión alta formado en el condensador debe luego
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devolverse al evaporador a una velocidad controlada.
Por lo tanto, el ciclo simple de refrigeración de compresión del vapor tiene
cuatro componentes principales:
1) Un evaporador en el que se toma calor a una baja temperatura a
medida que un líquido s evapora a una presión baja.
2) Un compresor que usa una entrada de trabajo para aumentar la
presión del vapor que se transfiere al condensador.
3) Un condensador donde se condensa el vapor de presión alta,
eliminando el calor en el espacio circundante.
4) Un dispositivo de control del flujo, que controla el flujo de retorno del
líquido al evaporador y que produce la reducción de la presión.
El ciclo de refrigeración es el más interesante desde el punto de vista
termodinámico. Es uno de los pocos equipos prácticos que funciona en un
verdadero ciclo termodinámico e implica:
a) Ebullición nucleada y condensación de tipo de película.
b) Procesos en régimen permanente, es decir estrangulamiento,
compresión e intercambio de calor.
c) Control del flujo.
d) Las propiedades termodinámicas, es decir presión, volumen específico, temperatura, entalpía específica y entropía específica, de una sustancia pura en todas las condiciones entre el líquido subenfriado y el vapor sobrecalentado.
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Materia:
TERMODINÁMICA
3. Material, Equipos y Reactivos
Materiales Equipos Reactivos
01 Bolsa comercial de bolis para congelar
Congelador de
placas
Servicio de agua
potable de
enfriamiento
4. Procedimiento.
1. Conecte el equipo a la energía eléctrica
2. Active los interruptores correspondientes
3. Coloque los bolis en el evaporador
4. Coloque los termómetros correspondientes
5. Arranque el ciclo de refrigeración.
5. Cuestionario.
1. Describa cuáles son las partes más importantes que conforman un ciclo
de refrigeración y en que consisten cada una de ellas.
2. Mencione que características debe de cumplir un refrigerante para ser
considerado como un fluido de trabajo en el ciclo de refrigeración.
6. Referencias bibliográficas.
Yunus A. Cengel, Michael A.Boles, Termodinámica, Quinta edición, McGraw-Hill.
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Materia:
TERMODINÁMICA
Práctica No. 7
Nombre de la práctica: SECADO DE PRODUCTOS ALIMENTICIOS
1. Objetivo.
Determinar la curva de desecación de un alimento sólido (chayotes), la cual
representa la variación con el tiempo de secado de la humedad del alimento
expresada en Kg de agua/Kg de sólido seco.
2. Introducción.
La humedad relativa porcentual, Hr, es la relación entre la presión parcial del
vapor de agua en una mezcla a una temperatura dada, Pv, y la presión de
vapor de agua, Pw, a la misma temperatura.
Hr = 100 (Pv/Pw)
Al aumentar la temperatura del aire la presión de vapor de agua aumenta y por
tanto la humedad relativa disminuye.
La humedad absoluta porcentual, Hp, es la relación entre la humedad absoluta
de una mezcla, H, a una temperatura dada y la humedad de saturación, Hs, a
la misma temperatura.
Hp = 100 (H/Hs)
La capacidad del aire para eliminar el agua de un alimento depende de su
temperatura y del agua que contiene, que se expresa como humedad absoluta.
Esta debe permanecer constante durante todo el proceso.
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Desecación con aire caliente:
1.- Secadero de dos plantas:
Este secadero consiste básicamente en un edificio de dos plantas. En la planta
baja se sitúa un horno o quemador y en ella el aire caliente y los productos de la
combustión ascienden, por convección natural o forzada, y penetran a través del
piso enrejillado de la segunda planta, sobre el que se esparce el producto húmedo
en forma de capa uniforme. El aire húmedo se elimina por una chimenea situada
en el piso superior. Es preciso rastrillar o voltear el producto regularmente. Los
principales inconvenientes son los largos tiempos de desecación y la falta de
control de las condiciones de desecación. Este tipo de secaderos se emplea
principalmente para desecar lúpulo, rodajas de manzana y malta.
2.- Secadero de cabina, bandejas o compartimentos:
Consiste en una cabina aislada provista interiormente de un ventilador para
circular el aire a través de un calentador; el aire caliente sale por una rejilla de
láminas ajustables y es dirigido bien horizontalmente entre bandejas cargadas de
alimento o bien verticalmente a través de las bandejas perforadas y el alimento. El
secadero dispone de reguladores para controlar la velocidad de admisión de aire
fresco y la cantidad deseada de aire de recirculación. Resultan relativamente
baratos de construcción y de mantenimiento y son muy flexibles. Se utilizan
principalmente para desecar frutas y verduras.
3.- Secaderos de túnel:
Permite desecar frutas y verduras de forma semicontinua con una gran capacidad
de producción. Consiste en un túnel que puede tener hasta unos 24 metros de
longitud con una sección transversal rectangular o cuadrada de unos 2 por 2
metros. El producto húmedo se extiende en capas uniformes sobre bandejas de
listones de madera o malla metálica. Las bandejas se apilan en carretillas o
vagonetas dejando espacios entre las bandejas para que pase el aire de
desecación. Las carretillas se introducen de una en una, a intervalos adecuados
en el túnel de desecación. El aire se mueve mediante ventiladores que lo hacen
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pasar a través de calentadores y luego fluye horizontalmente entre las bandejas,
aunque también se produce cierto flujo a través de las mismas.
Los secaderos de túnel se clasifican de acuerdo al sistema utilizado:
- sistema concurrente
- sistema contracorriente
- sistema de flujo transversal
- túnel simple o de salida de aire central
4.- Secadero de transportador:
El principio de este tipo de secadero es similar al túnel de desecación pero el
producto húmedo es conducido a través del sistema sobre una cinta
transportadora que sustituye a las carretillas. Los secaderos de transportador se
utilizan en la desecación de frutas y verduras picadas de diferentes clases.
5.- Secadero de tolva:
Consiste en una caja con un falso fondo o base de malla metálica. Un ventilador
hace pasar el aire sobre un calentador y el aire caliente seguidamente asciende a
través del producto a velocidad relativamente baja. Este tipo de secadero se aplica
principalmente al “acabado” de productos vegetales desecados en otros tipos de
secadero, reduciendo el contenido de humedad desde alrededor del 15% hasta un
3% aproximadamente.
6.- Secadero de lecho fluidizado:
El aire caliente es forzado a través de un lecho de sólidos de forma tal que los
sólidos queden suspendidos en el aire. El aire caliente actúa tanto como medio
fluidizante como de desecación. Pueden operar de forma discontinua o continua.
Se ha aplicado bien comercialmente o a escala experimental a una diversidad de
productos con éxito variable, como guisantes, alubias, zanahorias, cebollas,
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gránulos de patata, cubos de carne, harina, cacao, café, sal y azúcar. También se
utilizan lechos para aglomerar y revestir polvos secos.
7.- Secadero neumático:
El producto húmedo se mantiene en suspensión en una corriente de aire caliente,
que lo transporta a través del sistema de desecación. Es como una desecación en
lecho fluidizado empleando velocidades de aire más altas.
El producto de alimentación se introduce en una fuerte corriente de aire caliente y
los sólidos son transportados por la corriente de aire a través de conductos de
suficiente longitud para que el tiempo de residencia sea adecuado. Los secaderos
neumáticos se han usado en la manipulación de muchos productos alimenticios
como granos de
3. Material, Equipos y Reactivos
Materiales Equipos Reactivos
50
grs. De Chayote. 1
1
1
Secador de lecho
fluidizado
Balanza analítica
Analizador de Humedad
4. Procedimiento.
1. Lave perfectamente bien el vegetal a utilizar
2. Corte el vegetal de acuerdo a sus objetivos experimentales
3. Pese la muestra del vegetal a utilizar
4. Coloque la muestra que se va a deshidratar en el secador de lecho
fluidizado
5. Arranque y opere el equipo de secado
6. Pese la muestra final deshidratada.
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5. Cuestionario.
¿Qué temperatura habrá en la superficie del sólido durante el tiempo de secado a
velocidad constante, por qué?
En la superficie del sólido habrá una temperatura más baja que la del aire y por
eso se evapora. La temperatura del aire es 60ºC y la del bulbo húmedo es,
aproximadamente, 30ºC.
Esto es debido a que durante la evaporación a velocidad constante, la superficie
de la lenteja permanece húmeda.
¿Crees que el tipo de contacto entre el sólido y el aire circulando a través del
lecho del sólido es un buen sistema para realizar el secado de alimentos?
El secado de alimentos con aire es uno de los más empleados. Creemos que es
un buen sistema pero tras el proceso observamos que las lentejas estaban
abiertas y arrugadas y por tanto deben controlarse la velocidad de secado,
aplicando una elevada temperatura al principio y disminuyéndola después, sistema
en rampa.
6. Referencias bibliográficas.
McCabe, Smith, Harriot. Operaciones Unitarias en Ingeniería Química, Septima
edición, Ed.McGraw-Hill.
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