5/17/2018 pract. O.U. II - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/pract-ou-ii 1/14

FUNDAMENTACION:

El laboratorio de operaciones II, se desarrollará en 4 semanas, 3 horas de trabajo

práctico por semanas y consiste básicamente en el desarrollo, por parte delestudiante, de habilidades y destrezas para la medición y cálculo de variables de

procesos.

CONTENIDO PROGRAMATICO

PRACTICA No 1 CALOR LATENTE DE VAPORIZACION

PRACTICA No 2 EQUILIBRIO LIQUIDO-VAPOR

PRACTICA No 3 BOMBAS CENTRIFUGAS

PRÁCTICA No 4 PERDIDAS DE ENERGIA

ROTACIÓN SEMANAL DE PRÁCTICAS

Las sesiones de laboratorio se desarrollaran en función del cuadro que se muestraa continuación, donde la primera fila indica la semana de actividad, la columna

indica el número del grupo de trabajo y las celdas internas, las actividades

correspondientes por semana.

semana

grupo

1 2 3 4 5

1

        S   E   M   A   N   A   D

   E

   P   R   E   S   E   N   T   A   C   I   O   N

P1 P2 P3 P4

2 P2 P3 P4 P1

3 P3 P4 P1 P2

4 P4 P1 P2 P3

9

5/17/2018 pract. O.U. II - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/pract-ou-ii 2/14

PRACTICA 1 . DETERMINACIÓN DEL CALOR LATENTE DEVAPORIZACIÓN A TRAVES DEL MÉTODO DINÁMICO(CLAUSIUS-CLAPEYRON)

I. OBJETIVOS

General:

Determinar el calor latente de vaporización (∆Hv) de un líquido puro.

Específicos:

− Estudiar la variación de la presión de saturación de un líquido en función dela temperatura.

− Trazar la gráfica ln ∆p=f(1/T) y determinar ∆Hv experimental a través de la

ecuación de Clasius- Clapeyron.

− Comprobar el cumplimiento de la ecuación de Antoine.

− Demostrar la validez de la regla de Trouton para los liquidos de prueba.

− Comparar los resultados con los obtenidos a partir de los datosreferenciales.

II. CONOCIMIENTOS PREVIOS

− Presión de vapor en función de la temperatura.

− Operaciones de cambio de fase.

− Calor latente de vaporización para líquidos puros.

− Ecuación de Clausius –Clapeyron

− Ecuación de Antoine

− Regla de Trouton.

Presión de vapor : Es la presión que ejercen las moléculas que escapan de lafase líquida (en equilibrio con las que retornan de la fase vapor). Dichapresión de vapor aumenta al elevarse la temperatura, llegándose a un límite,que es la presión crítica; donde la fase líquida desaparece. El valor de lapresión de vapor en el equilibrio depende de la naturaleza del líquido, deltamaño y naturaleza de sus moléculas y de la temperatura.

10

5/17/2018 pract. O.U. II - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/pract-ou-ii 3/14

Punto de ebullición: Se define como la temperatura a la cual la presión devapor del líquido, es igual a la presión externa, ejercida sobre su superficie. Sise produce una disminución de la presión externa, el punto de ebullicióndisminuye, mientras que un aumento de la presión externa, provocará unaumento del punto de ebullición.

Calor latente de vaporización (∆Hv) : Para pasar de la fase líquida a la fasede vapor, se requiere una absorción de energía por parte de las moléculaslíquidas, ya que la energía total de éstas es menor que las de las moléculasgaseosas. En el caso contrario, en la condensación, se produce undesprendimiento energético en forma de calor.

El calor absorbido por un líquido para pasar a vapor sin variar sutemperatura, se denomina calor de vaporización. Se denomina calor latente devaporización, cuando se hace referencia a un mol de sustancia.

Ecuación de Clausius/Clapeyron: Relaciona directamente el calor latente devaporización con la curva de presión de vapor.

 R

S 

T  R

 Hv Pv Log 

∆+

∆−=

1

303,210 ( Pv  (mmHg) ; T (K))

Sugiere que si Log10P para un liquido se gráfica contra 1 / T, entonces la

gráfica debe ser una línea recta con :

Pendiente → - m = (- ΔHv / 2.303 R)

Interseccion → b = C

De las pendientes de las líneas, se deducen los calores de vaporización de

diversos líquidos, así:

pendiente → - m = ΔY/ ΔX = - ΔHv / 2.303 R

y por lo tanto: 

ΔHv  = - 2.303 R * m ; siendo R = 1,987 cal/mol K

Ecuación de Antoine: Es una correlación empírica para determinar la presiónde vapor de sustancias orgánicas, que se utiliza cuando no hay disponibilidadde datos de la presión de vapor con la temperatura.

11

5/17/2018 pract. O.U. II - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/pract-ou-ii 4/14

C T 

 B A LgPv

+

−=

Siendo A, B y C constantes especificas para cada sustancia.

Regla de Trouton: Establece que “la relación del calor molar de vaporizaciónde un líquido al de su punto de ebullición en la escala absoluta, es la mismapara todos los líquidos”

 K mol cal T 

 HvS  */21=

∆=∆

 ΔHv = calor latente de vaporización (cal/mol)T = temperatura de ebullición a la presión atmosférica (K)

Existen dos tipos de sustancias que se desvían de esta constante: 1) ΔS > 21 cal/grado, para líquidos asociados por enlaces de hidrógeno, agua,alcohol.2) ΔS < 21 cal/grado, en ácidos donde la asociación molecular existe en fasegaseosa.

En los hidrocarburos, éteres y otros componentes donde no hay asociacionesmoleculares ni en la fase líquida ni en la fase gaseosa, se cumple bastantebien la regla de Trouton.

III. MÉTODO OPERATIVO

Precauciones Iniciales:

No encender la manta eléctrica antes de abrir la válvula del agua derefrigeración.

No hacer vacío con el líquido caliente.

El procedimiento para cumplir con los objetivos planteados son los siguientes:

1. El líquido de prueba debe estar a temperatura ambiente. Colocar aproximadamente 350 ml dentro del balón de destilación.

12

5/17/2018 pract. O.U. II - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/pract-ou-ii 5/14

2. Se conecta la bomba de vacío hasta observar en el manómetro la menor presión posible para las condiciones del laboratorio. La válvula mohr debeestar completamente cerrada.

3. Iniciar el calentamiento suavemente hasta obtener una ebullición

uniforme. En este momento se debe tomar nota de la temperatura ypresión correspondiente.

4. Se aumenta la presión dejando entrar aire al sistema (abriendo un poco laválvula de mohr). Debe hacerse muy lentamente, observando al mismotiempo el manómetro de mercurio (para evitar derrames). Una vezestablecido el equilibrio de ebullición, se toma nota de los valores detemperatura y presión.

5. Se repite la operación anterior varias veces hasta alcanzar la presión

atmosférica. Obtener como mínimo de 6 a 8 series de datosexperimentales.

6. Se cambia de líquido (con las previsiones necesarias) y se efectúa laoperación exactamente igual.

Para concluir:

Se desconectan la bomba de vacío y la manta de calentamiento.

Se esperan aproximadamente 10 min para cerrar el agua en elrefrigerante.

Se debe dejar el puesto de trabajo limpio y ordenado.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS:

− HIMMENBLAU. Principios de Ingeniería Química.− HOUGEN, A. Principios de los Procesos Químicos.− PERRY. Manual del Ingeniero Químico

Tabla 1

DATOS BIBLIOGRAFICOS PRESIÓN DE VAPOR Y TEMPERATURA PARA LADETERMINACIÓN DEL CALOR LATENTE POR EL MÉTODO DINÁMICO DE

CLAUSIUS-CLAPEYRON

13

5/17/2018 pract. O.U. II - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/pract-ou-ii 6/14

14

ETANOLP (mmHg) T (0C)

1 -13,35 -12,010 -2,3

20 840 1960 26

100 34,9200 48,4400 63,5760 78,4

AGUAP (mmHg) T (0C)

1 4,910 9,2120 17,5

30 31,840 55,350 92,560 149,470 233,780 355,190 525

100 760

5/17/2018 pract. O.U. II - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/pract-ou-ii 7/14

Fig. 1. Equipo para el estudio de la variación de la presión de saturación de unlíquido en función de la temperatura

15

Trampa deVacío

   R  e  f  r i  g  e  r  a  n t  e

   B  a l  ó  n  d  e   D  e  s t i l  a  c i  ó  n

Válvulade Mohr 

Conexión a labomba de vacio

Conexión almanómetro en

U

Trampa deVacío

Línea de

vacio

   M  a  n t  a  d  e  c  a l  e  n t  a   m i  e  n t  o

Termómetro

5/17/2018 pract. O.U. II - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/pract-ou-ii 8/14

PRACTICA 2 .ESTUDIO DEL EQUILIBRIO LIQUIDO-VAPOR DEMEZCLA BINARIAS

I.-OBJETIVOS

General:

Estudiar el comportamiento de una mezcla binaria en equilibrio liquido-vapor 

Específicos:

− Obtener parte de las curvas de ebullición y rocío para una mezcla binaria.− Comparar con las curvas obtenidas a partir de las presiones de vapor,

suponiendo una mezcla ideal.

II.- CONOCIMIENTO PREVIO

− Ley de Raoult. Ley de Henry.

− Diagramas de Ebullición y Equilibrio para mezclas binarias.(elaborar graficas)

− Influencia de la temperatura y de la composición en los equilibriosLíquido-vapor.

− Mezclas azeótropas.

− Coeficiente de actividad

III.-MÉTODO OPERATORIO

1. Preparar 4 mezclas binarias de 50 gr c/u a diferentes composiciones entreel 10 y 85% p/p en etanol (realizar cálculos previos).

2. Hacer circular el agua en el refrigerante.

3. Cargar el balón con la mezcla de menor composición y calentar suavemente hasta alcanzar el equilibrio.

4. Después de mantener el equilibrio, tomar muestras del líquido y del vapor condensado para su respectivo análisis.5. Vaciar el contenido del recipiente.

6. Cargar el equipo con la siguiente mezcla de composición superior a laanterior y calentar suavemente hasta alcanzar el equilibrio.

7. Repetir los pasos 4, 5 y 6 hasta la llegar a la mezcla de mayor concentración.

16

5/17/2018 pract. O.U. II - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/pract-ou-ii 9/14

8. Analizar la composición de las fracciones obtenidas de vapor y líquidoempleando la curva de calibración etanol-agua disponible en el laboratorio.Tome nota.

9. Vaciar el equipo.

10. Colocar las fracciones obtenidas en el recipiente para recuperación.11.Ubicar los puntos obtenidos experimentalmente en el diagrama deebullición y diagrama de equilibrio de referencia. Comparar.

 Advertencia: El equipo de trabajo es sumamente frágil y se deberá operar consumo cuidado para evitar accidentes.

TABLA 2.DATOS DE REFERENCIA PARA LOS DIAGRAMAS DE EBULLICIÓN Y DE

EQUILIBRIO DE LA MEZCLA ETANOL-AGUAA 720 mmHG

Temperaturaebullición

(º C)

Fracción molar liquido

(x)vapor 

(y)76 1 175 0.88137 0.88137

75.5 0.74145 0.8180876 0.68905 0.7981477 0.53984 0.7414578 0.28112 0.67245

80 0.18030 0.5809782 0.11532 0.4771188 0.05063 0.3233992 0.02017 0.1435497 0.00000 0.00000

BIBLIOGRAFÍA

− TREYBALL, R. Operaciones de Transferencia de Masa.

− HINES, A- MADDOX, R. Operaciones de transferencia de masa.

Fundamentos y aplicaciones.

− PERRY, J. Manual del Ingeniero Químico Tomo IV (Destilación).

− FOUST, A. Principios de Operaciones Unitarias. Editorial Continental.México.

− Mc CABE, W. Operaciones Básicas de Ingeniería Química.

17

5/17/2018 pract. O.U. II - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/pract-ou-ii 10/14

PRACTICA 3. BOMBAS CENTRIFUGAS I.- OBJETIVOS

General:

Caracterizar una bomba centrífuga

Específicos:

− Obtener las curvas características de una bomba centrífuga a diferentesvelocidades de rotación.

− Verificar las leyes de similitud para una bomba centrífuga

II.- CONOCIMIENTOS PREVIOS− Tipos de Bombas

− Ecuación de energía

− Potencia hidráulica y mecánica

− Eficiencia

− Leyes de similitud

Bombas hidráulicas

Es una turbo máquina (equipo rotativo) generadora para líquidos. La bomba seusa para transformar la energía mecánica que la obtienen de un equipoeléctrico (motor) en energía hidráulica que un fluido la adquiere en forma depresión, posición o velocidad, se emplean para bombear toda clase de líquidos,(agua, aceites de lubricación, combustibles ácidos, líquidos alimenticios,cerveza, leche, entre otros.). También se emplean las bombas para transportar los líquidos espesos con sólidos en suspensión, como pastas de papel,melazas, fangos, desperdicio.

Las bombas centrífugas, se utilizan con mayor frecuencia en la industriaquímica para el transporte de líquidos, como son materias primas,

subproductos, productos intermedios, servicios auxiliares, productosterminados. El nombre de centrífuga alude al hecho de que es una fuerza deesa naturaleza la que aumenta la energía de la corriente. El agua en rotacióntiende a escapar hacia fuera produciendo un vacío en su desplazamiento, loque origina un flujo continuo de agua que entra en la dirección del eje de labomba.

Figura 2. Perspectiva de una bomba centrífuga

18

5/17/2018 pract. O.U. II - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/pract-ou-ii 11/14

Curvas características

El comportamiento hidráulico de un determinado modelo de bomba viene

especificado en sus curvas características que representan una relación entre losdistintos valores de caudal proporcionado por la misma con otros parámetroscomo la altura manométrica, el rendimiento hidráulico, la potencia absorbida y elNPSH requerido. Estas curvas, obtenidas experimentalmente en un banco depruebas, son facilitadas por el fabricante a una velocidad de rotación determinada.Se trata curvas extraídas a partir de series estadísticas y que, por tanto, estánsujetas a unas determinadas tolerancias.

Figura 3. Curvas caracteristicas típicas para una bomba centrífuga.

El punto de diseño de una bomba lo constituye aquel en el que el rendimientoes máximo. A la hora de seleccionar nos centraremos en aquellas cuyo puntode diseño esta próximo a las condiciones de trabajo que requerimos. Un grupoque trabaja en un punto muy alejado de su punto de diseño, no realiza unatransformación eficiente de la energía mecánica en energía hidráulica, lo cual

19

5/17/2018 pract. O.U. II - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/pract-ou-ii 12/14

implica un coste excesivo de la energía de explotación, amen de estar sujeto aun mayor número de averías.El punto de funcionamiento de una bomba va a estar determinado por laintersección de la curva característica de la conducción o de la red con la curvade carga (curva caudal-altura manométrica) de la bomba.

III- MATERIALES Y EQUIPOS:

Banco de pruebas para bombas centrífugas

IV.- METODO OPERATORIO

1. Realizar las medidas necesarias para obtener las curvas características de la

bomba 1 a las velocidades de rotación de 2400rpm

2. Realizar las medidas necesarias para obtener las curvas características de la

bomba 2 a las velocidades de rotación de 2400rpm

3. Verificar las leyes de similitud para la bomba 1

IV.-CALCULOS A REALIZAR

1.  A partir de los datos experimentales obtenidos y empleando las fórmulascorrespondientes, calcular caudal (Q), altura de la bomba (Hb), potenciamecánica (Pm) y eficiencia (ε)

2. Graficar ), altura de la bomba (Hb), potencia mecánica (Pm) y eficiencia (ε)en función del caudal (Q) y de esta manera se obtienen las curvascaracterísticas para ambas velocidades de rotación

BIBLIOGRAFÍA

KARASSIK & CARTER. Bombas Centrífugas

McNAUGHTON. Bombas

ZUBICARAY, Manuel. Bombas, teoría, diseño y aplicaciones

HICKS,T. Bombas, selección y aplicaciones

20

5/17/2018 pract. O.U. II - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/pract-ou-ii 13/14

PRACTICA 4. PÉRDIDAS DE ENERGÍA

I.OBJETIVOS

General:Determinar las pérdidas por fricción en función del caudal en el banco deprueba de pérdidas del laboratorio de tecnología.

Específicos:

−Identificar los tramos de tuberías, accesorios y válvulas presentes en elbanco de prueba−Determinar las pérdidas de cargas (reales y teóricas) en las tuberías yaccesorios del banco de prueba.

−Graficar las pérdidas de fricción total (reales y teóricas) en función delcaudal.

II. CONOCIMIENTOS PREVIOS.

− Balance de Energía.

− Ecuación de Bernoulli.

− Ecuación General de la Energía

− Ecuación de Darcy.

− Número de Reynolds, rugosidad relativa, cédula de tuberías y pérdidas de

energía.− Tuberías, válvulas y accesorios. Características.

Los procesos industriales exigen necesariamente el flujo de fluidos a través deconducciones y tubería, esto es importantes no solo como operación deingeniería, sino también como un ejemplo de relaciones sobre el flujo de fluidosen general.En el flujo de fluidos no compresibles, el parámetro fundamental es el númerode Reynolds (Re) el cual mide la importancia de la disipación de energía por efectos viscososCuando el flujo está representado por un número de Reynolds grande significaque los efectos viscosos son relativamente poco importantes y contribuyen pocoa la disipación de energía; un número de Reynolds pequeño significa que lasfuerzas viscosas dominan y son el mecanismo principal de disipación deenergía.

21

5/17/2018 pract. O.U. II - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/pract-ou-ii 14/14

La identificación del tipo de flujo (laminar o turbulento), a través del valor denúmero de Reynolds, permitirá seleccionar la ecuación más conveniente en elestudio de las pérdidas de energías de un fluido incompresible.Pérdidas de energía por fricción.

La pérdida por fricción está expresada en función de las siguientes variables:longitud de la tubería, velocidad media de flujo (la que se puede expresar también en términos del caudal), diámetro de la tubería y depende también deun factor o coeficiente de fricción f .

III. MATERIALES Y EQUIPOS.

Banco de pérdidas por fricción.

IV. METODO OPERATORIO.

1. Identificar el equipo.2. Verificar la fuente de energía3. Conectar y encender la bomba4. Abrir completamente la válvula ubicada después de la bomba, para obtener 

el máximo caudal.5. Tomar las medidas de presión en cada punto así como el tiempo de llenado

para un volumen de 10 L6. Repetir el paso anterior para caudales menores hasta obtener entre 3 y 4

puntos para la grafica.

PROCEDIMIENTO DE PARADA

−  Apagar la bomba

− Cerrar las válvulas

− Desconectar la bomba

− Suspender la fuente de energía

BIBLIOGRAFIA

− CRANE. “FLUJO DE FLUIDOS”

− MOTT, R. “ Mecánica de Fluidos”.

22