1

INFORME # 1

Práctica De La Olla De

Presión

1. OBJETIVOS

Determinar la presión atmosférica en la ciudad de Sucre por los siguientes

métodos.

o Ecuación de presión de vapor

o Tablas de saturacion

o P.E.C.

Comparar la P atm calculada con el dato del SENAMHI y determinar el error y

determinar cuál es el método más exacto.

Aplicar el Balance de energía de una olla de presión desde el momento que se

ha alcanzado la presión de operación.

Determinar la masa final de agua que quede en la olla en forma experimental y

teórica, calcular el (%) de error.

graficar el perfil temperatura (T) vs Tiempo (t), Presion (P) vs Tiempo(t),

temperatura superficie (Tsup) vs Tiempo (t)

2. FUNDAMENTO TEÓRICO

PRESION DE SATURACION.-Es a la presión cuando una sustancia pura

cambia de fase.

TERMOMETRO DE VIDRIO.- Consta de un dispositivo de vidrio que

contiene mercurio y que al calentarse se expande y sube en el tubo capilar

marcando un margen de temperatura.

2

INFORME # 1

MANOMETRO.- El manómetro es un instrumento utilizado para la

medición de la presión en los fluidos, generalmente determinando la

diferencia de la presión entre el fluido y la presión local.

MULTIMETRO TERMOCUPLA.- Es un instrumento eléctrico portátil

para medir directamente magnitudes eléctricas activas como corrientes y

potencias o pasivas como resistencias, capacidades y otras.

PROBETA.- Una probeta es un instrumento de plástico o de vidrio que se

utiliza en los laboratorios para contener y medir un líquido o un gas. Se

trata de un tubo transparente que incluye una graduación para que el

observador pueda saber qué volumen ocupa la sustancia albergada en su

interior.

VASO DE PRECIPITADO.- Un vaso de precipitado es un contenedor

cilíndrico usado para almacenar, mezclar y calentar líquidos en los

laboratorios. La mayoría están hechos de vidrio, pero otros materiales no

corrosivos, como metal y plástico resistente al calor, son usados.

DENSIMETRO DIGITAL.- Un densímetro, es un instrumento de

medición que sirve para determinar la densidad relativa de los líquidos sin

necesidad de calcular antes su masa y volumen.

PIROMETRO.- Un pirómetro, dispositivo capaz de medir

la temperatura de una sustancia sin necesidad de estar en contacto con ella.

El término se suele aplicar a aquellos instrumentos capaces de medir

temperaturas superiores a los 600 grados celsius. El rango de temperatura

de un pirómetro se encuentra entre -50 grados celsius hasta +4000 grados

celsius. Una aplicación típica es la medida de la temperatura de

metales incandescentes en molinos de acero o fundiciones.

MALLA DE AMIANTO.- Es un instrumento que se coloca encima del

trípode o de un aro de soporte universal sobre ella se sitúa el recipiente que

a de calentarse.

PIPETA.- Es un instrumento volumétrico de laboratorio que permite medir

la alícuota de un liquido con bastante precisión.

3

INFORME # 1

HORNILLA ELECTRICA.- Un horno eléctrico de 220 voltios requiere su

propio circuito para proteger el suministro de energía y evitar que

demasiada energía se extraiga a través de los cables eléctricos y sirve para

calendar, hacer cocer, etc.

OLLA A PRESION.- La olla a presión es un recipiente hermético para

cocinar que no permite la salida de aire o líquido por debajo de una presión

establecida. Debido a que el punto de ebullición del agua aumenta cuando

se incrementa la presión, la presión dentro de la olla permite subir la

temperatura de ebullición por encima de 100 °C (212 °F), en concreto hasta

unos 130 °C.

3. MATERIAL Y EQUIPOS

EQUIPOS:

Pirómetro.

Vaso de precipitado.

Probeta (500, 250) ml.

Térmometro.

Olla de presión.

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INFORME # 1

Termocupla.

Multímetro.

Densímetro Digital.

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INFORME # 1

REACTIVO.-

1050 ml de agua

4. PROCEDIMIENTO

Utilizando un multimetro determinar el voltaje de la corriente eléctrica y la

resistencia de la hornilla, para calcular la potencia de la hornilla.

Mediante un densímetro digital medir la densidad del agua.

Medir 750 ml de agua, vaciar a la olla de presión y suministrar calor.

Controlar el tiempo desde el momento que se suministra energia hasta el

momento en que termina el proceso. A intervalos de 3 minutos registrar

tiempo, temperatura, presión y temperatura de superficie.

Registrar el tiempo y las demás variables en el momento en que la olla a

presión alcanza la presión de operación y apartar de ese momento realizar 5

lecturas.

Enfriar la olla a presión hasta que la presión manométrica sea cero y luego

medir el volumen de agua de la olla.

Vaciar 60ml de agua a un vaso de precipitado, suministrar calor y leer la

temperatura de ebullición con el termómetro de vidrio y la termocupla.

5. REGISTRO DE DATOS

6

INFORME # 1

R(Ω) V(W) ρH2o(gr/cm3) T (°C)

Potencia

(W=(J/s))

54,9 219 0,997 21,2 873,6065574

T H2O (termómetro) To(Termocupla)

T eb.

(Term.) T eb(Termómetro) V H2O (ml)

V olla

(ml)

21 23 92,6 94 7506750

t(mi

n)

T

(°C)

P(Ps

i)

0 26 0

2 30 0

4 34 0

6 39,7 0

8 47 0

10 54,8 1

12 64,9 1,5

14 75,6 3

16 86,6 5

7

INFORME # 1

18 96,3 8

20

103,

1 12

22

108,

4 14,7

24

114,

9 14,5

26

115,

6 14,5

28

115,

9 14

30 116 14

32

116,

2 13,5

34

116,

1 13,5

V i (ml) V f (ml)

1000 805

8

INFORME # 1

6. CÁLCULOS

- Determinación de la presión atmosférica de la ciudad de Sucre por

diferentes métodos

o TABLAS

T H2O (termómetro)

T o

(Termocupla)

T eb.

(Term.) T eb(Termómetro) V H2O (ml)

V olla (ml)

21 23 94 92,6 7506750

Con la temperatura te ebullición que es la temperatura de

Saturación leo los datos de la tabla a esa temperatura

Tablas

Agua Saturada

T (°C) Ps(Kpa)

90 70,14

95 84,55

A esa temperatura no tenemos registrados los datos de la

temperatura por lo que es necesario interpolar para tener los datos

a esas temperaturas.

Y tenemos la siguiente tabla para interpolar:

9

INFORME # 1

T (°C) Ps (Kpa)

90 70,14

92,6 X

95 84,55

El resultado de la interpolación es

T (°C) Ps (Kpa)

90 70,14

91,9 77,6332

95 84,55

Siendo el 77,6332 Kpa. La presión atmosférica en la ciudad de Sucre

calculado por el método de tablas.

o Ecuaciones de Presión de vapor

Con 4 las ecuaciones que utilizaremos:

La primera Ec.

ln (P s

Pc)=(1−x )−1∗[ A∗X+B∗X1,5+C∗X3+D∗X6 ] ;X=1− T

T c

=1−T R

Reemplazando valores tenemos

T Tc (K) Pc (Kpa) A B C D

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INFORME # 1

365,6 647,3 2212 -7,7645 1,45838 -2,7758 -1,23303

ln ( Ps

2212 )=(1−0,43519 )−1∗[−7,7645∗0,43519+1,45838∗0,435191,5+(−2,7758)∗0,435193+(−1,23303 )∗0,435196 ] ;

X=1−364,15647,3

=0,43519

Ps=7,694287 Kpa

La segunda ecuación:

ln P s=A− BT

+C∗ln T+ D∗P s

T2

Reemplazando valores tenemos

ln P s=−7,7645−1,45838365,6

+(−2,7758 )∗ln 365,6+(−1,23303)∗Ps

364,152

Ps=0.9996289 Kpa

La tercera ecuación:

ln P s=A−B /(T+C )

Reemplazando valores:

ln P s=−7,7645−1,45838 /365,60−2,7758¿¿¿

Ps=0.974900 Kpa

Con la Cuarta Ecuación

ln P s=A−B /T

Reemplazando Valores

ln P s=−7,7645−1,45838 /¿365,6¿

Ps=0.000423 Kpa

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INFORME # 1

De estas cuatro ecuaciones la primera nos dio el resultado correcto

que las otras como se había esperado, porque el texto no explico que

ecuación se debería usar.

o P.E.C.

Compuest

o T Tc (K) Pc (Kpa)

Agua 365,6 647,3 2212

T R=TT C

T R=365,6 Kpa647 ,3 kpa

T R=0 .564808

Como el agua esta ebulliendo entonces nos encontramos en una mezcla

Líquido vapor y solo necesitamos una variable para poder leer los demás

datos que se requiere, con TR leemos en la gráfica la PR y con esa PR luego

calculamos la presión de operación que es la presión atmosférica.

Tr Pr

0,56 0,22

PR=PPC

P=PR∗PC

P=0 ,022∗2212 Kpa

12

INFORME # 1

Patm=P=48 ,64 Kpa

- Dato de presión del Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología

El dato que nos proporcionaron los personeros de SENAMHI de la presión

atmosférica en la ciudad de Sucre del Día 11 de diciembre de 2014 fue de

728,5 mbar.

Comparando cada dato obtenido observamos que el más exacto fue el de la

1ra Ecuación de Presión de Vapor.

- Balance de Energía para la olla de presión

-

Sistema

ment∗(H+v2

2∗gc

+z∗ggc

)ent

−msal∗(H+v2

2∗gc

+z∗ggc

)sal

+Q−W=

d (U+ v2

2∗gc

+ z∗ggc

)∗m

dt

−∫ msal

dt∗H sal+∫ Q

dt−∫ W

dt=∫

I

Fd (U∗m )

dt

−∫msal∗H sal+∫Q−∫W=∫I

F

d (U∗m )

−msal∗H sal+Q−W=U f∗mf−U i∗mi

Balance de Materia de la olla de Presión

−msal=dmdt

−∫ msal

dt=∫

i

fdmdt

−msal=mf −mi

13

INFORME # 1

msal=mi−m f

Reemplazando el balance de materia en la ecuación de balance de energía para

olla de presión tenemos

−msal∗H sal+Q=U f∗mf −U i∗mi

−(mi−mf )∗H sal+Q=U f∗mf −U i∗mi

−mi∗H sal+mf∗H sal+Q=U f∗mf −U i∗mi

Despejando m f

mf =mi∗H sal−U i∗mi−Q

H sal−U f

Condiciones Iniciales

Pi (Kpa) 167,658

Ti (°C) 116,05

Vi(m3) 0,000675

Con T1 = 116,05 °C se leerá los datos de tablas pero como no hay para ese dato

se tendrá q interpolar

T (°C) V liq sat (m3/Kg) V vap sat (m3/kg)

115 0,001056 1,03658

116,05 0,00105684 1,0061888

120 0,00106 0,89186

El volumen específico inicial es:

14

INFORME # 1

V=Vm

V=0,00675m3

0,997kg=0,0067703

m3

Kg

V liq sat<V i<V Vap sat→ Mezcla Liq−Vap

V mez=V vap sat∗X+V liq sat (1−X )

0,0067703=1,0061888∗X+0,00105684 (1−X )

X=0,00568

Como está en fase de mezcla solo se necesita una propiedad para determinar las

demás propiedades

T (°C) U liq sat (KJ/Kg) U vap sat (KJ/Kg)

H Vap. Sat. (KJ/Kg)

= H sal

115 482,28 2523,72 2698,96

116,05 486,732 2524,8742 2700,5014

120 503,48 2529,24 2706,3

Umez=U vapsat∗X+U liq sat(1−X )

Umez=2521,8742∗0,00568+486,732(1−0,00568)

Umez=498,30865KJKg

Q=Qt

Q=Q∗t

Q=873,6065574KJs

∗10min∗60 s

1min=524,1639 KJ

15

INFORME # 1

Del balance de energía tenemos

−mi∗H sal+mf∗H sal+Q=U f∗mf −U i∗mi

Reemplazando

V mez f=V vapsat∗X+V liq sat (1−X )(1)

Umez f=U vapsat∗X+U liq sat (1−X )(2)

En el balance de energía tenemos

H sal ( VX f∗V vap+ (1−X f )∗V liq

−mi)+Q=(X f∗U vap+(1−X f )U liq)∗V

X f∗V vap+(1−X f )∗V liq

−U i∗mi

X f=9.3114 E−6

Reemplazando en Ec 2

Umez f=U vapsat∗X+U liq sat (1−X )(2)

Umez f=2524,8742∗9,3114 E−6+486,732 (1−9,3114 E−6 )

Umez f=486,7509

Volviendo al balance de energía

mf =mi∗H sal−U i∗mi−Q

H sal−U f

mf =0,997∗2700,5014−498,30865∗0,997−524,1639

2700,5014−486,7509

mf =0,7544 Kg

- Graficas

16

INFORME # 1

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 340

20

40

60

80

100

120

140

T vs t

T (°C)

Tem

pera

tura

(°C)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 340

2

4

6

8

10

12

14

16

P vs t

Pres

ion

(Psi)

- Calculando el % de error

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INFORME # 1

e %=valor experimental−valorteorico

valor teorico

∗100

e %=0,8206−0,75440,7544

∗100

e %=6,389 %

7. CONCLUSIONES

8. Determinar la presión atmosférica en la ciudad de Sucre por los siguientes

métodos.

a. Ecuación de presión de vapor

b. Tablas de saturacion

c. P.E.C.

Mediante los métodos de Ecuación de presión de vapor, Tablas de saturación,

P.E.C., se obtuvo la presión atmosférica de la ciudad de Sucre habiendo una

discrepacia de ......, concluyendo que el método mas exacto para obtener la

presion atmosferica es ....

9. Comparar la P atm calculada con el dato del SENAMHI y determinar el error y

determinar cuál es el método más exacto.

Aplicamos el balance de energia de la olla a presion desde el momento

que alcanzo la presion de operacion ; llegando a obtener la siguiente

ecuacion:

−msal∗H sal+Q−W=U f∗mf−U i∗mi

10.Determinar la masa final de agua que quede en la olla en forma experimental y

teórica, calcular el (%) de error.

11. BIBLIOGRAFÍA

Olla a precion. N,D. consultado 6 de junio del

2014.http://www.sabelotodo.org/aparatos/ollapresion.html

18

INFORME # 1

Gupta S. (G.S.) Practical Density Measurement and Hydrometry. Institute of

Physics Publishing. 2002.consultado 6 de junio del

2014.http://es.wikipedia.org/wiki/Dens%C3%ADmetro .

Copyright (Cy)2008. Consultado 6 de junio del 2014.

http://definicion.de/probeta/#ixzz36d85M4GD

P. Gerhart, R. Gross, J. Hochtein, Addison-Wesley Iberoamericana. USA 1995.

Fundamentos de Mecánica de Fluidos, segunda edición. Consultado 6 de junio

del 2014.

http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/medidores/manometro/

manometro.html

vaso de precipitado.N.D. consultado el 6 de junio del

2014.http://www.instrumentosdelaboratorio.net/2012/08/vaso-de-

precipitado.html

pirometro. Esta página fue modificada por última vez el 20 feb 2014, a las

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2014.http://enciclopedia_universal.esacademic.com/48467/Pir%C3%B3metro

Yunes Cengel y Michael Boles.19 octubre 2013. SENGEL. 7ma edicion.

Consultado 6 de junio del 2014.