Instituto Politécnico Nacional Unidad Profesional Interdisciplinaria

De Biotecnología“Laboratorio de termodinámica”

Practica nº5

“Efectos térmicos II. Energía libre de Gibbs”

Grupo: 2FM2 Equipo: 2

Equipo: Castillo Ayala Eder Octavio. García Perfecto Verónica. Malangón Robles Miguel. Reynoso de la Cruz Sharon Joselyn.

Fecha de entrega: 8 de abril del 2011

INTRODUCCIÓN:

En termodinámica, la energía libre de Gibbs o entalpía libre es un potencial termodinámico, es decir, una función de estado extensiva con unidades de energía, que da la condición de equilibrio y de espontaneidad para una reacción química (a presión y temperatura constantes).

Cambios de energía libre estándar

La energía libre de reacción, se denota, , es el cambio de energía en una reacción a condiciones estándares. En esta reacción los reactivos en su estado estándar se convierten en productos en su estado estándar.

Dada la siguiente ecuación química:

La energía libre se calcula como:

Donde A y B son los reactivos en estado estándar y; C y D son los productos en su estado estándar. Además a, b, c y d son sus respectivos coeficientes estequiométricos. En general:

Donde m y n son los coeficientes estequiométricos.

Así como en el cálculo de la entalpía, en la energía libre estándar de formación para cualquier elemento en su forma estable (1 atm y 25ºC) es 0

La variación de energía libre de Gibbs para un proceso a temperatura constante viene dada por:

La temperatura puede ser un factor determinante a la hora de hacer que un proceso sea espontáneo o no lo sea.

Significado de y las condiciones de equilibrio.

La condición de equilibrio es La condición de espontaneidad es El proceso no es espontáneo cuando:

Esta última condición nos dice que la reacción no se producirá.

La energía de Gibbs molar parcial, es lo que se conoce con el nombre de potencial químico, que es lo que se maneja en cálculos termodinámicos en equilibrio, ya que el equilibrio químico entre dos sistemas implica la igualdad de potenciales químicos y su uso facilita los cálculos.

Con está ecuación se puede determinar el equilibrio a partir de las propiedades involucradas.

Objetivos.

Determinar la energía libre de Gibbs en la fase de vapor o líquida a partir de propiedades termodinámicas tales como la entropía y la entalpía.

Comprobar la condición de equilibrio mediante el cálculo del cambio de energía libre de Gibbs ((∆G) , en un cambio de fase, utilizando un intercambiador de calor de tubos y coraza.

Diagrama de bloques.

RESULTADOS

Encender el generador de vapor antes de empezar con la práctica.

Reconocer el funcionamiento de intercambiador de calor

Llenar el tanque de alimentación con agua a temperatura ambiente la cual debe ser constante.

Abrir la válvula de paso de vapor al intercambiador y registrar la presión en KPa.

Una vez que se cuenta con el flujo de vapor arrancar la bomba de alimentación.

Se aseguro que el fluido pasara del tanque de alimentación al intercambiador de calor.

Se abrió la válvula de alimentación del vapor al intercambiador

Durante el intercambiador de calor de vapor de agua y líquido frio se reporto la presión de vapor. Temperatura del líquido de entrada y de salida.

Se tomo un volumen de agua caliente en un tiempo determinado.

Encontrar la entalpia y la entropía del vapor a la salida del vapor condensado.

Tabla 1. Registro de presión de vapor y temperatura para un flujo volumétrico.

Presión de vaporP1(KPa)

Temperatura de entrada del vapor

T g(K )

Temperatura de salida del condensadoT 1(K)

Temperatura del liquido

frio t 1(K)

Temperatura de salida del liquidot 2(K)

1 79.3392 366.15 348.15 293.15 310.75

Volumen del liquido medido

(mL)

Tiempo (t) min Volumen del liquido medido

m3

Tiempo en (s) Gv=v/tm3

s1 650 0.16 0.00065 10 6.5 x10−5

2 620 0.16 0.00062 10 6.2 x10−5

3 600 0.16 0.00060 10 6 x10−5

Flujo volumétrico promedio= 6.23 x10−5 m3/sFlujo másico del fluido frio = 62.32 kg/s M=Gvρ

Tabla 2. Registro de la Entalpía y Entropía a partir de tablas de vapor. Calculo de la energía libre de Gibbs, para estas condiciones de experimentación.

Temperatura

K

Entalpía

KJ/kg

H KJ/kg

Hg – HL

Entropía

KJ/kg K

S KJ/kg

Sg – SL

Energía libre de Gibbs G KJ/kg

G

Gg-GL

Tg 366.15 Hg 2665.0

96

Sg 7.4416

-0.8738

Gg -59.74184 -49.721

TL 310.15 HL 2569.0 SL 8.3154 GL -10.02

Tabla 3. Cálculo de la energía libre de Gibbs a partir de Hexp

Tg K Qganado

KJ/kg

S KJ/kg

G KJ/kg Qganado -Tg S

366.15 4432.6969 -0.8738 4752.63877

Tabla 4. Comparación del cálculo de la energía libre de Gibbs por ambos métodos.

KJ/kg % error

Tablas de vapor G

-49.721

101.12%

Experimental Gexp 4752.63877

Conclusiones:

El equilibrio no se logro ya que Los valores de la energia libre de Gibbs en cuanto a los teóricos a los prácticos hay variaciones por las temperaturas obtenidas.

La nivelación de la presión en el intercambiador fue difícil ya que se movía la presión eso es lo que también pudo influir en la variación del valor teórico al valor practico.

Memoria de cálculo.

Cálculos de presión.

585mmHg0.1333224 KPa1mmHg

=77KPa

Para el cálculo de la energía libre de Gibbs

∆G=∆ H−T ∆ S

calculo paraG g=96−363.15 (−0.8738 )=−59.74184

calculo paraGl=96−310 .15 (−0.8738 )=−10.02

paralaobtencion de∆G=−59.74184− (−10.02 )=−49.72184

Para el calculo de la energía libre de Gibbs

Q ganado=MCp(T 2−T 1)

Q ganado=62.32(4.1840KJ ) [ (310.15K−293.15K ) ]=4432.6969

Para El % de erro valor teorico - valor experimental| / valor teorico * 100

-49.721-4432.6969/4432.6969*100=101.12%

Cálculos de volumen.

650mL1 L

1000mL=0.65L

0.65 L1m3

1000 L=0.00065m3

620mL1 L

1000mL=0.62L

0.62 L1m3

1000 L=0.00062m3

600mL1 L

1000mL=0.60L

0.60 L1m3

1000 L=0.00060m3

10 s1min60 s

=0.16min

Bibliografía:

Smith, J.M, Van Ness, H.C, Abbot, M.M., “Introducción a la termodinámica en la ingeniería química”, 7a edición, Mc Graw Hill, año 2007.