REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA
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DERECH
DETERMINACION EXPERIMENTAL DE LA CURVA DE PRESIÓN DE VAPOR
SATURADA DE LÍQUIDOS MEDIANTE EL MECANISMO DE CAVITACIÓN
TRABAJO ESPECIAL DE GRADO PARA OPTAR AL TÍTULO DE
INGENIERO QUÍMICO
PRESENTADO POR:
BR. MARIA ROSARIO LOIZOS AVILA
ASESORADO POR:
ING. HUMBERTO MARTÍNEZ
LIC. MILAGROS QUIJADA
MARACAIBO, ABRIL DE 2007
DEDICATORIA
A Dios y a mi Familia.
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AGRADECIMIENTOS
Primero que nada a Dios, por ser la fuerza que me mueve a todas las direcciones de
mi vida, por permitirme lograr esta meta.
A mis padres, abuelos y tía Rosa, por sus esfuerzos y sacrificios para llevarme a
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donde estoy.
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A mis hermanitas, por ser la principal motivación en mi vida.
A mi novio por brindarme amor y apoyo incondicional.
Al profesor Ing. Humberto Martínez le agradezco su tenacidad y su paciencia para
conmigo ya que sin el, este proyecto hubiese sido imposible de realizar.
A mis compañeros y amigos de la Universidad: Miguel S, Ramón, Mª Caridad,
Yolimar, Joharlin, Adriana y Milton, por estar conmigo en las buenas y en las malas
durante toda la carrera, brindándome siempre su ayuda.
A mis amigas Angid y Eribel, por brindarme su mano amiga cada vez que lo necesité.
A toda mi familia, por sus oraciones y buenos deseos.
Y a todas aquellas personas que de alguna forma formaron parte de este proyecto, el
cual se convierte hoy en realidad.
De corazón a todos…. Gracias
ii
LOIZOS ÁVILA, Maria Rosario, “Determinación experimental de la curva
de presión de vapor saturado de liquido mediante el mecanismo de
cavitación”. Trabajo Especial de Grado. Universidad Rafael Urdaneta.
Facultad de Ingeniería. Escuela de Ingeniería Química. Maracaibo. Mayo de
2007.
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RESUMEN
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Esta investigación tuvo como objetivo
determinar experimentalmente la
curva de presión de vapor saturado de líquidos utilizando el mecanismo de
cavitación. La misma contribuirá a la necesidad de contar con un equipo en
el laboratorio que sea de utilidad para llevar a cabo el proceso de control de
vacío y la determinación de la presión de vapor como herramienta de cálculo
para la elaboración de curva de presión de vapor. Se diseñó y construyó un
sistema de control de vacío, para estudiar el comportamiento de la presión
de vapor a diferentes Temperaturas. El uso de las tablas de vapor descrita
con más detalle en la literatura, permitió comparar con los datos
experimentales el comportamiento de las curvas para la Presión de vapor
teórica y Presión de vapor experimental en mmHg y pa , a través del gráfico
construido representado en función de la Temperatura.
PALABRAS CLAVES: Sistema, Presión de Vapor, Vacío.
iii
ÍNDICE GENERAL
Pág.
DEDICATORIA…………………………………………………………….
i
AGRADECIMIENTOS…………………………………………………….
ii
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ÍNDICE DE FIGURAS Y CUADROS……………………………………..
ES
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RESUMEN………………………………………………………………….
INTRODUCCIÓN…………………………………………………………..
iii
iv
1
CAPÍTULO I. EL PROBLEMA
1. PLANTEAMIENTO Y FORMULACION DEL PROBLEMA.……………
3
1.2. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN………………………………..
4
1.2.1. Objetivo General……………………………………………….
4
1.2.2. Objetivos Específicos…………………………………………
4
1.3. JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN…………………………..
5
1.4. DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN……………………………
6
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
2.1. ANTECEDENTES……………………………………………………….
8
2.2 BASES TEORICAS………………………………………………………
9
2.2.1 Presión de vapor……………………………………………….
9
2.2.2 Bomba de vacío………………………………………………..
10
2.2.3 Equilibrio Físico………………………………………………...
10
2.2.4 Primera Ley de la Termodinámica……………………………
12
2.2.5 La Ecuación de DE CLAUSIUS-CLAPEYRON…………….
13
2.2.6 Variación de la presión de vapor con la Temperatura…….
14
2.2.7 Entalpia…………………………………………………………
16
2.2.8 Punto de ebullición…………………………………………..
16
2.2.9 Mecanismo de Cavitación…………………………………..
16
2.2.10 Terminología………………………………………………..
18
2.2.11 Definición de términos básicos…………………………..
22
2.3 ESPECIFICACIONES DE DISEÑO………………………….
24
2.3.1 Objetivos……………………………………………………...
OS
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24
2.3.2 Ubicación……………………………………………………..
25
2.3.3 Usuarios………………………………………………………
25
2.3.4 Montaje……………………………………………………….
25
2.3.5 Modo de Funcionamiento…………………………………..
25
2.3.6 Materiales de construcción…………………………………
25
DERECH
2.3.7 Manual de Operación del equipo experimental de prácticas 26
2.4 MAPA DE VARIABLES……………………………………………….
27
CAPÍTULO III. MARCO METODOLÓGICO
3.1. TIPO DE INVESTIGACIÓN……………………………………………
29
3.2. DISEÑO DE INVESTIGACIÓN………………………………………..
29
3.3. TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE DATOS………………………..
30
3.4. FASES DE LA INVESTIGACIÓN……………………………………..
31
3.5. MEDICIONES……………………………………………………………. 34
3.6. ANÁLISIS Y PROCESAMIENTO DE LOS DATOS………………….. 34
CAPÍTULO IV. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
4.1. FASE I: DISEÑO DEL SISTEMA DE CONTROL DE VACÍO………. 36
4.1.1 Base del Diseño………………………………………………..
36
4.1.2. Esquema del Proceso………………………………………...
36
4.1.3 Lista de Equipos………………………………………………... 38
4.2. FASE II: COSTRUIR EL SISTEMA DE CONTROL DE VACÍO……. 39
4.2.1 Montaje del sistema………………………………………..
39
4.2.2 Ensamblaje…………………………………………………
40
4.3 FASE III: DISEÑAR PRUEBAS PILOTOS………………………...
40
4.4 FASE IV: VALIDAR CON LITERATURA TECNICA LOS
PARAMETROS OPERACIONALES OBTENIDOS…………………..
42
4.4.1 Resultados………………………………………………….
42
4.6 FASE V: DESARROLLAR PRÁCTICAS EXPERIMENTALES…
44
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OS RES
CONCLUSIONES……………………………………………………………… 45
DERECH
RECOMENDACIONES……………………………………………………….. 47
BIBLIOGRAFÍA………………………………………………………………… 48
ANEXOS………………………………………………………………………
50
INDICE DE FIGURAS Y CUADROS
PAG.
FIGURA 1………………………………………………………….
37
GRAFICA 1………………………………………………………...
41
O42S
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C
CUADRO 1…………………………………………………………
DERE
CUADRO 2…………………………………………………………
43
GRAFICO 2………………………………………………………...
44
iv
INTRODUCCION
La práctica de la Ingeniería Química consiste en la concepción, el desarrollo,
el diseño, la innovación y la aplicación de los procesos y sus productos; también
concierne a la práctica de la Ingeniería Química el desarrollo económico, el diseño, la
construcción, la operación, el control y la dirección de las plantas químicas para esos
procesos, la investigación y la enseñanza en esos campos. Tiene sus fundamentos
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S ciencias, gracias a las cuales se trata
Eestas
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base de los conocimientos aportados
por
S
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en las Matemáticas, la Física y la Química; sus operaciones se desarrollan sobre la
la materia para efectuar sobre ella un cambio de estado, de energía o de
composición.
En este sentido, el incesante aumento de necesidades tecnológicas en
la industria y sociedad en general, La Universidad Rafael Urdaneta se enfoque en el
adiestramiento y la formación de Ingenieros Químicos que se dediquen a crear
nuevas herramientas que lo consoliden como pieza importante dentro del entorno.
Por esta razón se plantea esta investigación, que lleva por titulo
“Determinación Experimental de la curva de presión de vapor de líquido saturado
mediante el mecanismo de cavitación” el cual será utilizado como modelo práctico
para la aplicación de diversos conceptos asociados al área de estudio.
Debido a la relevancia de esta investigación, se llevo a cabo de forma
estructurada a través del uso de variadas metodologías, esquematizado de la
siguiente manera:
En el Capítulo I, se aborda el planteamiento, formulación del problema, el
objetivo general y los objetivos específicos de la investigación, la justificación y la
delimitación de la investigación.
1
Siguiendo, en el Capítulo II se exponen los antecedentes de la investigación y
los conceptos asociados al estudio de presión de vapor, la definición de términos
básicos y mapa de variables.
El Capítulo III explica el diseño de la investigación, tipo y fases de ésta, las
técnicas de recolección de datos utilizadas, su análisis y procesamiento.
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En el Capítulo IV, se plantean los análisis de los resultados obtenidos a lo
largo de la investigación, por medio de las tablas y gráficos realizados para tal
función.
Finalmente, se presentan las conclusiones y recomendaciones pertinentes a la
investigación.
2
CAPITULO I
1.1 PLANTEAMIENTO Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
Para el ejercicio de la Ingeniería Química es necesaria la utilización de
las herramientas básicas que se adquieren en el estudio y aplicación de las
Operaciones Unitarias. Para mejorar y optimizar el proceso educativo
concerniente a la práctica del ingeniero, los Institutos y Universidades, han
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conocimiento en el ámbito
laboral
y profesional.
H
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visto la necesidad de implementar programas educativos con la búsqueda de
promover una orientación a la formación académica y de este modo ampliar el
La Universidad Rafael Urdaneta como institución universitaria, busca
garantizar la formación de profesionales en educación superior, combinando
los conocimientos teóricos impartidos, con la puesta en práctica de procesos
experimentales relacionados con los principios fundamentales de la ingeniería,
permitiendo así una mejor compresión de estos. En este sentido se le brinda al
bachiller la posibilidad de estudiar las diferencias y analogías en las
Operaciones Unitarias, tomando en cuenta áreas como mecánica de fluidos y
química.
La presión de vapor saturada (pvs) es la presión de vapor que esta en
Equilibrio con una superficie liquida abierta a una presión de temperaturas y
total dada (Ing termodinámica, 1º edición). Para dichos estudios es necesaria la
determinación de la presión de vapor saturado, mediante la utilización de
procedimientos y técnicas que permiten comparar los resultados obtenidos con
los datos teóricos hallados en las tablas de vapor de la literatura.
Desde este punto de vista, la Universidad Rafael Urdaneta esta llevando
a cabo un proyecto para la implantación de sistemas en el Laboratorio de
Operaciones Unitarias en la Facultad de Ingeniería, indispensables para
cumplir con los requerimientos mencionados anteriormente. Para ello es de
gran importancia el desarrollo de propuestas que permitan plantear diferentes
alternativas de acción y proyectar los conocimientos, utilizando los recursos
disponibles de forma óptima, dando respuesta a las necesidades expuestas. En
este marco se encuentra el origen de esta investigación.
3
CAPITULO I
Por las consideraciones ya señaladas, para comprender y visualizar el
proceso a nivel industrial es necesaria la determinación experimental de la
curva de presión de vapor saturado de líquidos utilizando el mecanismo de
cavitación en el Laboratorio de Operaciones Unitarias.
Con el objetivo de brindar solución a las situaciones previamente
descritas, se quiere diseñar
un sistema de control de vacío que permita
determinar experimentalmente las presiones de vapor de líquidos, mediante el
establecimiento de criterios básicos de ingeniería y diseño, de manera de
obtener
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CHOS R
un sistema que vaya acorde a los requerimientos reales del
laboratorio.
DERE
Esto abarca el diseño, construcción, determinación y validación de un
nuevo sistema, lo cual llevara a la elaboración de guías de prácticas para la
implantación de estos experimentos en el Laboratorio de Operaciones
Unitarias.
1.2 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACION
1.2.1 OBJETIVO GENERAL
Determinar experimentalmente la curva de presión de vapor saturado de
líquidos utilizando el mecanismo de cavitación
1.2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS
•
Diseñar
el
sistema
de
control
de
vacío
para
la
determinación experimental de la presión de vapor saturado de líquidos.
•
Construir el sistema de control de vacío para determinar
experimentalmente las curvas de presión de vapor saturado de líquidos.
•
parámetros
Diseñar pruebas pilotos para la elaboración de los
operacionales
requeridos
para
la
determinación
experimental de la presión de vapor saturado de líquidos utilizando el
mecanismo de cavitación.
4
CAPITULO I
•
Validar con literatura técnica, los parámetros operacionales
obtenidos para la determinación de la presión de vapor en líquidos
utilizando el mecanismo de cavitación.
•
Desarrollar prácticas experimentales correspondientes para
la determinación de la curva de presión de vapor saturado utilizando el
mecanismo de cavitación.
1.3 JUSTIFICACION DE LA INVESTIGACION
OS
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E
S de un sistema experimental
Ediseño
R
La importancia de laH
realización
del
S
O
EC
DER
de vapor basado
en la construcción del sistema de control de vacío, radica en
la necesidad que presenta la Universidad Rafael Urdaneta , específicamente la
Facultad de Ingeniería, de poner en practica la realización de trabajos
experimentales, los cuales mejoran el nivel de enseñanza de los bachilleres
para una formación de un alto nivel que a su vez permitirá una visión global de
dichos procesos, permitiendo el adiestramiento para la solución de dificultades
técnicas y practicas que se puedan presentar eventualmente en el ejercicio de
la profesión.
Del mismo modo, el desarrollo de esta investigación es de importancia
para el conocimiento y manejo de técnicas de ingeniería que permiten la
creación de diseños y la construcción de sistemas de control de vacío,
sirviendo a su vez para aportar a los docentes y a la Universidad la facilidad de
realizar pruebas pilotos y análisis en el Laboratorio de Operaciones Unitarias.
Por otro lado, el desarrollo óptimo de este trabajo permitirá una mejora
de la calidad profesional de los egresados de la Facultad de Ingeniería,
consolidando así un método educativo que cumple con las necesidades y
requerimientos esenciales para un profesional en el área de Ingeniería
Química.
La metodología a desarrollar involucra en primer lugar la elaboración de
un diseño experimental de un sistema de control de vacío, luego la
construcción del sistema de control de vacío. Posteriormente se aplicaran las
pruebas pilotos para la elaboración de los parámetros operacionales requeridos
y así determinar la presion de vapor de líquidos.
5
CAPITULO I
1.4 DELIMITACION DE LA INVESTIGACION
La presente investigación se circunscribe al diseño y construcción de un
sistema de control de vacío para la determinación de la curva de presión de
vapor en líquidos en el Laboratorio de Operaciones Unitarias de la Universidad
Rafael Urdaneta, ubicada en la Vereda del Lago Sector La Calzada, en
Maracaibo Estado Zulia.
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EdelS2006 al mes de Abril del 2007.
R
esta comprendido desde el mes
de
Junio
S
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H
DEREC
El periodo de tiempo estipulado para la realización de esta investigación
6
CAPITULO II
MARCO TEÓRICO
2.1 ANTECEDENTES
Según el artículo titulado “Un ataque al corazón de las Bombas
Centrifugas” realizado por el Ing. Boris Cisneros H, La cavitación es un
fenómeno muy común, pero es el menos comprendido de todos los problemas
de bombeo. Tiene distintos significados para diferentes personas. Algunos la
OS
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E
Ela S
R
Otros la llaman “patinaje” H
debido
a que
presión de la bomba decrece y el
S
O
C
E
R
DEerrático. La cavitación es una condición anormal que puede
caudal se torna
definen como el ruido de golpeteo o traqueteo que se produce en una bomba.
producir pérdidas de producción, daños al equipo y lo peor de todo, lesiones al
personal.
Los profesionales de la Planta deben estar capacitados para detectar
rápidamente los signos de cavitación, identificar correctamente su tipo y la
causa que la produce para así poder eliminarla o atenuarla. Una comprensión
correcta de los conceptos envueltos es clave para el diagnostico y corrección
de cualquier problemas de bombeo relacionado con cavitación.
En Diciembre del 2005, los Bachilleres Fernández Z., Marianela, Segovia
G. Miguel A, Rosales G. Carlos y Luzardo F. Virgilio A, efectuaron un informe
denominado “Determinación experimental de la presión de vapor de un líquido
puro (agua) a distintas temperaturas de ebullición, modificando la temperatura
del sistema”, donde a través de su equipo que trabaja con una bomba de vacío,
miden las presiones de vapor a diferentes temperatura para luego compararlas
los datos teóricos hallados en las tablas de vapor de la literatura.
Por lo tanto las investigaciones citadas anteriormente forman parte
importante en la investigación, aportando bases fundamentales para el estudio,
diseño e implementación de un sistema más eficiente el cual permite tener
determinadas condiciones finales.
8
CAPITULO II
2.2 BASES TEORICAS
2.2.1 PRESIÓN DE VAPOR
La presión de vapor o más comúnmente presión de saturación es la
presión a la que a cada temperatura, las fases líquida y vapor se encuentran en
equilibrio; su valor es independiente de las cantidades de líquido y vapor
presentes mientras existan ambas. En la situación de equilibrio, las fases
OS
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A
V
R
E
S
E
R
S
O
H
Todos losR
EC producen vapores consistentes en átomos
DE líquidos
reciben la denominación de líquido saturado y vapor saturado.
o
moléculas que se han evaporado de sus formas condensadas. Si la sustancia
líquida, ocupa una parte de un recipiente cerrado, las moléculas que escapan
no se pueden difundir ilimitadamente sino que se acumulan en el espacio libre
por encima de la superficie del líquido, y se establece un equilibrio dinámico
entre los átomos y las moléculas que escapan del líquido y las que vuelven a
él. La presión correspondiente a este equilibrio es la presión de vapor y
depende sólo de la naturaleza del líquido y de la temperatura, pero no depende
del volumen del vapor.
La presión de vapor en los líquidos crece rápidamente al aumentar la
temperatura; así, cuando la presión de vapor es igual a 1 atmósfera, el líquido
se encuentra en su punto de ebullición ya que el vapor, al vencer la presión
exterior, se puede formar en toda la masa del líquido y no sólo en su superficie.
Se define punto de ebullición de un líquido como la temperatura a la cual
la presión del vapor es igual a la presión externa. Cuando se aplica calor a un
líquido, su presión de vapor aumenta hasta hacerse igual a la presión
atmosférica. El punto de ebullición varía con la presión externa que existe por
encima de la superficie del líquido. Al descender la presión, el punto de
ebullición disminuye; un aumento en la presión aumenta el punto de ebullición.
La presión de vapor de un líquido, es constante a una temperatura dada,
pero aumenta si lo hace la temperatura hasta el punto crítico del líquido.
9
CAPITULO II
Cuando se aumenta la temperatura es aumentada o mayor la porción de
moléculas, estas toman la energía necesaria para hacer el cambio de liquido a
vapor, y en consecuencia se precisa mayor presión para establecer un
equilibrio entre el vapor y el liquido.
2.2.2 BOMBA DE VACÍO
Las aplicaciones del vacío tanto en la industria como en los laboratorios
de investigación son numerosas y variadas. Las bombas de vacío trabajan
S
solamente en un rango de presiones limitado; por ello la evacuación de los
DO
A
V
R
E
S
S RE
O
H
ellas una clase deR
bomba
diferente.
C
E
DE
sistemas de vacío se realiza en varias etapas, usándose para cada una de
El funcionamiento de una bomba de vacío está caracterizado por su
velocidad de bombeo, y la cantidad de gas evacuado por unidad de tiempo.
Toda bomba de vacío tiene una presión mínima de entrada, que es la presión
más baja que puede obtenerse, y también, un límite superior a la salida o
presión previa. Si la presión previa aumenta por encima de este valor, el
bombeo cesa. En esta clase de bombas de vacío debe evitarse la
condensación de vapores, en particular el vapor de agua, pues causaría la
contaminación del aceite. Por este motivo, la mayoría de las bombas actuales
están equipadas con la llamada válvula de lastre de gas o "gas ballast", que
trabaja de la siguiente manera: una vez comprimido el gas en el cuerpo de la
bomba, se inyecta aire desde el exterior a través de la válvula de lastre, con lo
cual la válvula que descarga a la atmósfera se abre antes, y reduce la relación
de compresión para el vapor.
2.2.3 EQUILIBRIO FÍSICO
Según (www.wanadoo.com) La descripción de una sustancia pura
requiere de la definición de dos propiedades. La aplicación de las leyes de la
Termodinámica a las sustancias puras indica que cualquier propiedad de las
mismas puede expresarse como funciones de otras dos propiedades. Un
equilibrio físico se establece cuando una sustancia se encuentra en
condiciones de temperatura y presión para las cuales están presentes al
menos dos fases. Este sistema en equilibrio queda determinado por la
10
CAPITULO II
especificación de una sola propiedad. Esta condición está dada por la igualdad
en las energías libres de Gibbs de ambas fases.
El equilibrio físico incluye todos aquellos procesos que implican la
presencia simultánea de dos fases de una sustancia pura, y por lo tanto está
relacionado con los procesos de transición de fase, como la vaporización,
sublimación, fusión, desnaturalización proteica, fusión de bicapas lipídicas, etc.
Antes de entrar en el tema, es conveniente conocer las consecuencias de
aplicar las leyes de la Termodinámica a las sustancias puras.
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A
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ESDE LAS SUSTANCIAS PURAS
R
•
TERMODINÁMICA
S
O
H
EC
DERtermodinámico
Un sistema
es aquel de cantidad de materia constante
cuyos estados de equilibrio pueden ser determinados en función de sus
propiedades: presión, temperatura y volumen. Para poder describir los
sistemas termodinámicos, se han definido cuatro funciones de estado:
• Energía interna: U
• Entalpía: H
• Entropía: S
• Energía libre de Helmholtz: A
• Energía libre de Gibbs: G
Se denomina ecuación de estado a la relación que existe entre las
variables p, V, y T. La ecuación de estado más sencilla es la de un gas ideal
pV=nRT, donde n representa el número de moles, y R la constante de los
gases R=0.082 atm·l/ (K mol)=8.3143 J/ (K mol).
Se denomina energía interna del sistema a la suma de las energías de
todas sus partículas. En un gas ideal las moléculas solamente tienen energía
cinética, los choques entre las moléculas se suponen perfectamente elásticos,
la energía interna solamente depende de la temperatura.
11
CAPITULO II
2.2.4 PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA
La primera ley no es otra cosa que el principio de conservación de la
energía aplicado a un sistema de muchísimas partículas. A cada estado del
sistema le corresponde una energía interna U. Cuando el sistema pasa del
estado A al estado B, su energía interna cambia en
DU=UB-UA
Supongamos que el sistema está en el estado A y realiza un trabajo W,
S
DO
A
V
R
E
S
la energía interna de sistema
S RE
O
H
C
E
DER
expandiéndose. Dicho trabajo mecánico da lugar a un cambio (disminución) de
DU=-W
También se puede cambiar el estado del sistema poniéndolo en contacto
térmico con otro sistema a diferente temperatura. Si fluye una cantidad de calor
Q del segundo al primero, aumenta su energía interna en
DU=Q
Si el sistema experimenta una transformación cíclica, el cambio en la
energía interna es cero, ya que se parte del estado A y se regresa al mismo
estado, DU=0. Sin embargo, durante el ciclo el sistema ha efectuado un
trabajo, que ha de ser proporcionado por los alrededores en forma de
transferencia de calor, para preservar el principio de conservación de la
energía, W=Q.
•
Si la transformación no es cíclica DU¹ 0
•
Si no se realiza trabajo mecánico DU=Q
•
Si el sistema está aislado térmicamente DU=-W
•
Si el sistema realiza trabajo, U disminuye
•
Si se realiza trabajo sobre el sistema, U aumenta
•
Si el sistema absorbe calor al ponerlo en contacto térmico
con un foco a temperatura superior, U aumenta.
12
CAPITULO II
•
Si el sistema cede calor al ponerlo en contacto térmico con
un foco a una temperatura inferior, U disminuye.
Todos estos casos, se pueden resumir en una única ecuación que
describe la conservación de la energía del sistema.
DU=Q-W
Si el estado inicial y final están muy próximos entre sí, el primer principio
se escribe
DERECH
S
DO
A
V
R
E
S
dU=dQ-pdV
RE
OS
2.2.5 LA ECUACION DE CLAUSIUS-CLAPEYRON
La evaporación del agua es un ejemplo de cambio de fase de líquido a
vapor. Los potenciales químicos de las fases α (líquido) y β (vapor) son
funciones de la temperatura T y la presión P y tienen el mismo valor
μα(T, P)= μβ(T, P)
A partir de esta igualdad y empleando relaciones termodinámicas, se
obtiene la ecuación de Clapeyron.
Suponiendo que la fase vapor es un gas ideal y que el volumen molar
del líquido es despreciable comparado con el volumen molar de gas, se llega a
la denominada ecuación de Clausius-Clapeyron que proporciona la presión de
vapor del agua Pv en función de la temperatura T, suponiendo además, que la
entalpía L de vaporización es independiente de la temperatura (al menos en un
determinado intervalo)
Donde C es una constante
13
CAPITULO II
2.2.6
OS CON
D
DE
VAPOR
A
V
R
E
ES
R
S
O
H
C
VARIACIÓN
DE
LA
PRESIÓN
LA
DERE
TEMPERATURA
Según (www.monografias.com) La presión de vapor de un líquido, es
constante a una temperatura dada, pero aumenta si lo hace la temperatura
hasta el punto crítico del líquido. Cuando se aumenta la temperatura es
aumentada o mayor la porción de moléculas, estas toman la energía necesaria
para hacer el cambio de liquido a vapor, y en consecuencia se precisa mayor
presión para establecer un equilibrio entre el vapor y el liquido. Hay un acensuó
lento a bajas temperaturas, y luego uno muy rápido como puede observarse
como aumento de la pendiente de las curvas. Esta variación de la presión de
vapor con la temperatura se expresa matemáticamente con la ecuación de
Clausius-Clapeyron. Para la transición de líquidos a vapor P es la presión a la
temperatura T, D H= D Hv el calor de vaporización de un peso dado de liquido,
y V1 = V
l
el volumen del liquido, mientras que V2 = V
g
es el volumen del
mismo pero de vapor. En consecuencia, para la vaporización la ecuación de
Clausius-Clapeyron puede escribirse así:
A temperatura no muy próxima a la critica V
l
es muy pequeña
comparada con V g y puede despreciarse. Si suponemos que el vapor se
comporta esencialmente como un gas ideal, entonces Vg por mol viene dada
por V g = RT/ P y la ecuación anterior se transforma en:
14
CAPITULO II
Esta ecuación es conocida como ecuación de Clausius-Clapeyron.
Integrando esta nos queda de la siguiente forma:
Log10 P = - D Hv / 2.303 R (1/ T) + C
Se compara la ecuación con la de una línea recta y = mx + b, sugiere
S
DO
A
V
R
E
S
ser una línea recta con:
S RE
O
H
C
E
DER
que si Log10 P para un líquido se gráfica contra 1 / T, entonces la gráfica debe
•
PENDIENTE
m = (- D Hv / 2.303 R)
•
INTERSECCION
b=C
De las pendientes de las líneas, se deducen los calores de vaporización
de diversos líquidos, así:
Pendiente = m = - D Hv / 2.303 R y por lo tanto D Hv = - 2.303 R m = 4.576m cal mol-1
La grafica anterior nos muestra el comportamiento de la ecuación de
Clausius-Clapeyron.
15
CAPITULO II
2.2.7 ENTALPÍA.
La mayoría de los procesos físicos y químicos tienen lugar a presión
constante y no a volumen constante. Esto es cierto, por ejemplo en el proceso
de vaporización, la energía interna E se puede usar efectivamente en procesos
a volumen constante, se encuentra muy conveniente en los cambios a presión
constante emplear otra función termodinámica. Al igual que la energía interna
no se puede establecer el valor absoluto de la entalpía para un cierto sistema
aunque al igual que con E, es la magnitud delta, la diferencia de valores D H, la
OS
D
A
V
R
E
Ssu historia anterior.
y no
depende exclusivamente de su estadoR
Ede
S
O
H
DEREC
que es importante al igual que la energía interna, la entalpía de un sistema
2.2.8 PUNTO DE EBULLICIÓN
Se define punto de ebullición de un líquido como la temperatura a la cual
la presión del vapor es igual a la presión externa. Cuando se aplica calor a un
líquido, su presión de vapor aumenta hasta hacerse igual a la presión
atmosférica. El punto de ebullición varía con la presión externa que existe por
encima de la superficie del líquido. Al descender la presión, el punto de
ebullición disminuye; un aumento en la presión aumenta el punto de ebullición.
2.2.9 MECANISMO DE CAVITACIÓN
(CAVITATION IN CENTRIFUGAL PUMPS, Allan R. Budris)
Por lo
general, La cavitación es un fenómeno que se produce siempre que la presión
en algún punto o zona de la corriente de un líquido desciende por debajo de un
cierto valor mínimo admisible.
Cuando un líquido fluye a través de una región donde la presión es
menor que su presión de vapor, él liquido hierve y forma burbujas de vapor.
Estas burbujas son transportadas por el líquido hasta llegar a una región de
mayor presión, donde el vapor regresa al estado líquido de manera súbita,
implorando bruscamente las burbujas. Si las burbujas de vapor se encuentran
cerca o en contacto con una pared sólida cuando cambian de estado, las
fuerzas ejercidas por el líquido al aplastar la cavidad dejada por el vapor dan
16
CAPITULO II
lugar a presiones localizadas muy alto, ocasionando picaduras sobre la
superficie sólida.
Según se ha dicho, cuando, la corriente de un punto de una estructura o
de una máquina alcanza una presión inferior a la presión de saturación de
vapor, el líquido se evapora y se originan en el interior del líquido “cavidades”
de vapor, de ahí el nombre de cavitación. En el interior del fluido existen, pues,
zonas en que reina un gradiente fuerte de presiones que aceleran las burbujas
y producen un impacto en el contorno (Venturis, bombas, turbinas, etc.).
OS
D
A
V
R
E
S
E
R
S
O
H
Si la diferencia
DEREC de velocidad es considerable, las diferencias
El incremento de la velocidad va acompañado de un descenso en la
presión.
de
presión pueden también serlo. Para flujos de líquidos, esto podría resultar con
problemas de cavitación, una situación potencialmente peligrosa que resulta
cuando la presión del líquido se reduce hasta la presión de saturación del vapor
y entonces este hierve. La presión de saturación del vapor es la presión a la
cual comienzan a formarse burbujas de vapor en el líquido. Obviamente esta
presión depende del tipo de líquido y de la temperatura.
En el contexto de las bombas centrifugas, el término cavitación implica
un proceso dinámico de formación de burbujas dentro del líquido, su
crecimiento y subsecuente colapsamiento a medida que el líquido fluye a través
de la bomba.
Generalmente las burbujas que se forman dentro de un líquido son de
dos tipos: Burbujas de vapor o burbujas de gas.
Las burbujas de vapor se forman debido a la vaporización del líquido
bombeado. La cavitación inducida por la formación y colapso de estas burbujas
se conoce como Cavitación Vaporosa.
Las burbujas de gas se forman por la presencia de gases disueltos en el
líquido bombeado (generalmente aire pero puede ser cualquier gas presente en
el sistema). La cavitación inducida por la formación y colapso de estas burbujas
se conoce como Cavitación Gaseosa.
En ambos tipos, las burbujas se forman en un punto interior de la bomba
en el que la presión estática es menor que la presión de vapor del líquido
17
CAPITULO II
(cavitación vaporosa) o que la presión de saturación del gas (cavitación
gaseosa).
La Cavitación Vaporosa es la forma de cavitación más común en las
bombas de proceso. Generalmente ocurre debido a un insuficiente NPSH
disponible o a fenómenos de recirculación interna. Se manifiesta como una
reducción del desempeño de la bomba, ruido excesivo, alta vibración y
desgaste en algunos componentes de la bomba. La extensión del daño puede
ir desde unas picaduras relativamente menores después de años de servicio,
hasta fallas catastróficas en un corto periodo de tiempo.
OS
D
A
V
R
E
ES raramente produce daño en el
R
comúnmente aire) en el líquido.
Esta
cavitación
S
O
H
EC
DERSu
impulsor o carcaza.
efecto principal es una pérdida de capacidad. No debe
La Cavitación Gaseosa se produce por efecto de gases disueltos (más
confundirse con el ingreso de aire o bombeo de líquidos espumosos,
situaciones que no necesariamente producen cavitación pero sí reducción de
capacidad, detención del bombeo y otros problemas. Para el bombeo de
líquidos espumosos se han diseñado y se siguen desarrollando bombas
especiales (Froth pumps) que ha logrado un considerable mejoramiento en el
manejo de estos fluidos.
2.2.10 Terminología
•
Presión estática, (ps)
La presión estática en una corriente de fluido es la fuerza normal por
unidad de área actuando sobre un plano o contorno sólido en un punto dado.
Describe la diferencia de presión entre el interior y el exterior de un sistema,
despreciando cualquier movimiento en el líquido. Por lo tanto, la presión
estática en un punto de un ducto, es la diferencia entre la presión interna y
externa en ese punto, omitiendo cualquier movimiento del flujo en su interior.
En términos de energía, la presión estática es una medida de la energía
potencial de un fluido.
•
Presión Dinámica (pd)
Un fluido en movimiento ejerce una presión mas alta que la presión
estática debido a la energía cinética (mv2/2) del fluido. Esta presión adicional
18
CAPITULO II
se define como presión dinámica. Se puede medir convirtiendo la energía
cinética del fluido en energía potencial. En otras palabras, es la presión que
existiría en una corriente de fluido que ha sido desacelerada desde su
velocidad “v” a velocidad “cero”.
•
Presión Total (pt )
Se define como la suma de la presión estática más la presión dinámica.
Es una medida de la energía total de una corriente de fluido en movimiento.
Esto es, energía cinética mas energía potencial.
OS
D
A
V
R
E
Eps,Spd y pt
R
S
•
Relación
entre
O
H
EC
ERincompresible
Dfluido
En un
la relación se puede medir usando un aparato
llamado Tubo Pitot.
La relación también puede establecerse aplicando un simple balance
energético: energía potencial + energía cinética = energía Total (constante)
o en términos de presión: presión estática + presión dinámica = presión Total.
La energía cinética es una función de la velocidad “v” y de su masa
comúnmente representada por la densidad del fluido (ρ).
Entonces: E.C. = pd = ½ ρ v2. . En términos de presión total: pt = ps +
½ ρ v2.
En lugar de utilizar unidades de presión se prefiere expresar la energía
de bombeo como energía por unidad de peso de líquido bombeado, la que se
indica en Newton- metro por Newton o justamente en metros de columna de
líquido; esta magnitud se identifica universalmente como “cabeza” (head en
inglés). Esto es necesario debido a que la altura de la columna que produce
una bomba centrifuga es independiente de la densidad del líquido. Por ejemplo
una bomba ‘X’ corriendo a ‘N’ rpm. producirá una misma cabeza ‘H’ metros de
agua, o de acido sulfúrico concentrado, o de cualquier otro fluido; sin embargo,
la potencia empleada será proporcional a la densidad de cada fluido.
Los términos de presión pueden convertirse en metros de cabeza
dividiendo la presión en kPa por 9.81 (g) y por la densidad especifica (ρ) del
fluido.
Cabeza Estática (he) = Presión Estática/ g· ρ
19
CAPITULO II
Cabeza de Velocidad (hv) = Presión Dinámica / g · ρ = (½ ρ v2)/ (ρ · g)
= v2 /2 g
Presión de Vapor (pv) = Es la presión requerida para mantener a un
líquido en estado líquido. Si la presión que se aplica sobre la superficie de un
líquido no es suficiente para mantener sus moléculas estrechamente unidad
entre sí, las moléculas se desprenderán en la forma de gas o vapor. La presión
de vapor es dependiente de la temperatura del líquido. A mayor temperatura
más alta es la presión de vapor.
Presión de vapor=presión atmosférica – presión manométrica
S
DO
A
V
R
E
S
Presión Absoluta
S RE
O
H
C
E
DER
Es la presión de un fluido medido con referencia al vacío perfecto o cero
absolutos. La presión absoluta es cero únicamente cuando no existe choque
entre las moléculas lo que indica que la proporción de moléculas en estado
gaseoso o la velocidad molecular es muy pequeña. Ester termino se creo
debido a que la presión atmosférica varia con la altitud y muchas veces los
diseños se hacen en otros países a diferentes altitudes sobre el nivel del mar
por lo que un termino absoluto unifica criterios.
Presión Atmosférica
El hecho de estar rodeados por una masa gaseosa (aire), y al tener este
aire un peso actuando sobre la tierra, quiere decir que estamos sometidos a
una presión (atmosférica), la presión ejercida por la atmósfera de la tierra, tal
como se mide normalmente por medio del barómetro (presión barométrica). Al
nivel del mar o a las alturas próximas a este, el valor de la presión es cercano a
14.7 lb/plg2 (101,35Kpa), disminuyendo estos valores con la altitud.
Presión Manométrica
Son normalmente las presiones superiores a la atmosférica, que se mide
por medio de un elemento que se define la diferencia entre la presión que es
desconocida y la presión atmosférica que existe, si el valor absoluto de la
presión es constante y la presión atmosférica aumenta, la presión manométrica
disminuye; esta diferencia generalmente es pequeña mientras que en las
20
CAPITULO II
mediciones de presiones superiores, dicha diferencia es insignificante, es
evidente que el valor absoluto de la presión puede abstenerse adicionando el
valor real de la presión atmosférica a la lectura del manómetro.
De acuerdo con lo planteado por Perry (1998), la terminología y
las relaciones vinculadas con la psicrometría son:
a)
Punto de Rocío o Temperatura de Saturación: Es la
temperatura a la que una mezcla dada de vapor de agua y aire se
OS
D
A
V
R
E
S
E
R
S
O
H
ECHúmedo (c ): Es la capacidad calorífica de una libra
Db)ERCalor
satura, es decir, la temperatura a la que el agua ejerce una presión de
vapor igual a la presión parcial del vapor de agua en la mezcla dada.
s
de aire seco y la humedad que contiene. Para la mayor parte de los
cálculos de ingeniería, cs = 0.24 + 0.45H , donde 0.24 y 0.45 son las
capacidades
caloríficas
del
aire
seco
y
el
vapor
de
agua,
respectivamente, y se supone que ambas son constantes.
c)
Volumen Húmedo: Es el volumen en pies cúbicos de una
libra de aire seco y el vapor de agua que contiene.
d)
Volumen Saturado: Es el volumen húmedo cuando el aire
está saturado.
e)
Temperatura de Bulbo Húmedo: Es la temperatura de
equilibrio dinámico obtenida por una superficie de agua cuando la
velocidad de transferencia de calor por convección, a la misma, es igual
que la velocidad de transferencia de masa que se aleja de tal superficie.
Para la medición de dicha temperatura, se coloca en contacto con el aire
un termómetro cuyo bulbo o ampolla está cubierto por una mecha
saturada.
f)
Temperatura de Bulbo Seco: Es la temperatura ordinaria
utilizada para los gases.
21
CAPITULO II
g)
Temperatura
de
Saturación
Adiabática:
Es
la
temperatura a la cual el aire que sale del sistema está en equilibrio con
el agua.
2.2.11 DEFINICIÓN DE TÉRMINOS BÁSICOS
Adiabático: Transformación o cambio termodinámico en el que no hay
alteración en la cantidad de calor, por la cual esta permanece constante
(Barcelo, 1979).
OS
D
A
V
R
E
S e insípida, que forma gran
Einodora
R
Agua: Sustancia líquida,
incolora,
S
O
H
C
DEREterrestre
parte de la superficie
(Barcelo, 1979).
Aire: Mezcla gaseosa que forma la atmósfera; está compuesto, en peso,
por 76.22 % de N2; 23.12 % de O2, 1.37 % de argón y 0.046 % de CO2;
contiene también pequeñas cantidades de neón, criptón, xenón y helio, y
cantidades apreciables, pero variables, de vapor de agua (Barcelo, 1979).
Calor: Una forma de la energía, que se supone originada por el
movimiento de las partículas elementales (Barcelo, 1979).
Capacidad Calorífica: Número de calorías necesarias para elevar un
grado la temperatura de un cuerpo (Barcelo, 1979).
Conducción: Conjunto de conductos dispuestos para el paso de un
fluido (Barcelo, 1979).
Convección: Transmisión de calor por los fluidos a causa de sus
variaciones de densidad con la temperatura; las partes calientes menos densas
ascienden, y las frías más densas descienden, formándose unas corrientes
llamadas de convección que uniforman la temperatura del fluido siempre que
en la parte inferior de éste se encuentre un manantial calorífico (Barcelo, 1979).
22
CAPITULO II
Difusión: Acción de extenderse o dispersarse una sustancia material
líquida o gaseosa o la energía (Barcelo, 1979).
Evaporación: Paso de un líquido a vapor, bien por medio del calor o por
disminución de la presión (Barcelo, 1979).
Gas: Sustancia en estado gaseoso, a presión y temperatura ordinarias
(Barcelo, 1979).
S
DO
A
V
R
E
S
de aire (Barcelo, 1979).
S RE
O
H
C
E
DER
Humedad Absoluta: Número de gramos de vapor de agua contenido en
1 m3
Mezcla: Agregación de varias sustancias que no tienen acción química
entre sí (Barcelo, 1979).
Polvos: Agregado de partículas sólidas, sin una materia que las ligue
(Barcelo, 1979).
Presión: Acción de una fuerza sobre una superficie referida a la unidad
de superficie (Barcelo, 1979).
Presión de Vapor: Presión que tiene un vapor en equilibrio con el
líquido que lo produce a cada temperatura (Barcelo, 1979).
Radiación: Emisión de energía asociada a ondas o corpúsculos
elementales de gran velocidad (Barcelo, 1979).
Seco: Que carece de agua o de otro liquido (Barcelo, 1979).
Sistema: Conjunto de cosas o fenómenos que ordenados entre sí
contribuyen a un determinado objeto (Barcelo, 1979).
23
CAPITULO II
Temperatura: Grado de calor de un cuerpo manifestado por la
posibilidad de transmisión de calor a otros que se encuentran en un grado
inferior (Barcelo, 1979).
Transferencia de Calor: Es la energía en tránsito debido a una
diferencia de temperaturas (Caliz y Salgado, 2002).
Vapor: Gas a una temperatura inferior al punto crítico (Barcelo, 1979).
S
DO
A
V
R
E
S
ebullición (Barcelo, 1979). HOS RE
DEREC
Vaporización: Paso de líquido a vapor, bien por evaporación o por
Vapor Saturado: Vapor en contacto con el líquido que lo produce y cuya
tensión depende sólo de la temperatura (Barcelo, 1979).
Velocidad: Espacio recorrido por un móvil en la unidad de tiempo o, de
un modo más general, el tiempo en que tarda en producirse un fenómeno
(Barcelo, 1979).
2.3 ESPECIFICACIONES DE DISEÑO
Una vez formulado el problema a resolver con esta investigación, se
procedió a la definición de las bases y los fundamentos necesarios para la
implantación del equipo de ensayo para la determinación de las curvas de
vapor en un sistema de control de vacío.
Como resultado del análisis integral del entorno ambiental en donde se
operará la del equipo de ensayo para la determinación de la curva de vapor, se
acordaron las siguientes bases y premisas de diseño que deberán ser
satisfechas por el nuevo equipo experimental. Estas fueron las siguientes:
2.3.1 Objetivos
Permitir la comprobación experimental de las relaciones y parámetros
operacionales que permitan diseñar y predecir el comportamiento del vapor a
diferentes temperaturas.
24
CAPITULO II
2.3.2 Ubicación
El equipo de ensayo para la determinación de la curva de vapor esta
ubicado en las instalaciones del Laboratorio de Operaciones Unitarias de la
Facultad de Ciencias de la Ingeniería, situado en la planta baja del Edificio #3
de la Universidad Rafael Urdaneta ubicada en la Vereda del Lago de
Maracaibo, Estado Zulia.
2.3.3 Usuarios
OS
D
A
V
R
E
ES que este disponible en las
R
vapor constituye un valioso
activo
docente
S
O
H
REC de Operaciones Unitarias. En términos generales,
DdelELaboratorio
instalaciones
El equipo de ensayo para la determinación de la curva de presión de
puede ser utilizado por los alumnos de las carreras de Ingeniería Química e
Ingeniería Industrial, cuyos programas de estudio, contienen materias que
ameritan utilizar dichas instalaciones para complementar y facilitar la
compresión de los conceptos en las clases teóricas.
2.3.4 Montaje
El equipo de ensayo para la determinación de la curva de presión de
vapor fue ensamblado en una mesa de laboratorio dada las limitaciones de
espacio existente en el mismo.
2.3.5 Modo de Funcionamiento
El equipo de ensayo para la determinación de la curva de presión de
vapor opera en forma discontinua durante un lapso no mayor de cuatro (4)
horas correspondiente al tiempo estipulado para una práctica de la materia
Laboratorio de Operaciones Unitarias I. Este tiempo es suficiente para que los
estudiantes puedan cubrir los objetivos planteados en los experimentos que
definan los profesores de la materia.
2.3.6 Materiales de construcción
El material de construcción de los equipos utilizados es de vidrio para
facilitar a los estudiantes la observación y comprensión de los fenómenos
físicos que se producen durante el experimento. En este orden de ideas, se
25
CAPITULO II
enfatiza el uso del vidrio Pirex y mangueras de polietileno en la construcción de
los equipos experimentales.
2.3.7 Manual de Operación del equipo experimental de prácticas
La correcta operación del equipo de ensayo para la determinación de la
curva de presión de vapor, cuenta con una guía manual de operación
redactada de acuerdo con la metodología y formatos utilizados en equipos
similares. Dicho manual, suministra a los estudiantes la mayor parte de la
información necesaria para así realizar los experimentos diseñados en el
S
DO
A
V
R
E
S
E
CHOS R
equipo de ensayo para la determinación de la curva de presión de vapor.
DERE
26
CAPITULO II
2.4 MAPA DE VARIABLES
OBJETIVO GENERAL:
Determinar experimentalmente la curva de presión de vapor saturada de
líquidos utilizando el mecanismo de cavitación
OBJETIVO
VARIABL
DEFINICIÓN DE LA
ESPECÍFICO
E
VARIABLE
INDICADORES
FASE
OS de
D
A
V
que
códigos
R
E
S
E
R
S
O
H
de C
vacío
conforman un sistema, diseño, plano del
DElaRE
Diseñar el sistema Sistema
Descripción o bosquejo Proceso, bases y
de control de vacío de control de
para
las
partes
determinación
que contribuye a la sistema
experimental de la
concepción y gestión
presión de vapor
del proyecto
saturado
I
de
líquidos
Construir
el Sistema
Conjunto de elementos Sistema
de
sistema de control de control interrelacionados entre control de presión
de
vacío
para de vacío
propósito
determinar
experimentalmente
las
curvas
sí para llevar a cabo un
II
de
presión de vapor
saturada
de
líquidos
27
CAPITULO II
pruebas Pruebas
Diseñar
pilotos
la pilotos
para
Planificación
de Sistema
y
y pruebas pilotos para parámetros
elaboración de los elaboració
parámetros
n
operacionales
parámetro
establecer
los utilizados
III
de parámetros
operacionales
requeridos para la s
operacion
determinación
experimental de la ales
presión de vapor
saturado
S
de
DO
A
V
R
E
S
E
CHOS R
líquidos utilizando
DERE
el mecanismo de
cavitación
con Parámetro
Validar
literatura
los
técnica, s
parámetros operacion
Verificar los resultados Resultados con la
obtenidos
con
la literatura
literatura técnica
consultada
ales
operacionales
obtenidos para la obtenidos
determinación
de
las
de
presiones
IV
vapor en líquidos
utilizando
mecanismo
el
de
cavitación
Desarrollar
Practicas
Guías metodológicas
Fundamentación
practicas
experimen
para la aplicación de
teórica, Objetivos,
experimentales
tales
los conocimientos
Preparación
adquiridos, a través de
preliminar del
las cuales se
equipo’
determinaran ciertos
Procedimiento
la curva de presión
fenómenos y
Experimental
de vapor saturado
determinadas
utilizando
condiciones, como
correspondiente
para
determinación
mecanismo
cavitación
la
de
el
de
V
medio de investigación
científica
28
CAPITULO III
MARCO METODOLÓGICO
En este capítulo se describirán detalladamente los procedimientos
y técnicas para planificar y ejecutar el presente trabajo de investigación, se
definirá el tipo de investigación, diseño, técnicas e instrumentos de
OS
D
A
V
R
E
OS RES
recolección de datos, metodología y herramientas utilizadas, a través de la
descripción de las fases de la investigación y del análisis y procesamiento de
DERECH
los datos.
3.1. TIPO DE INVESTIGACIÓN
La investigación que se realizó es de nivel descriptiva puesto que “Los
estudios descriptivos buscan especificar las propiedades importantes de
personas, grupos, comunidades o cualquier otro fenómeno que sea sometido
a análisis” (Dankhe, 1980, citados por Hernández, Fernández y Batista,
1998). Este tipo de investigaciones miden o evalúan diversos aspectos,
dimensiones o componentes del fenómeno a investigar para establecer su
estructura o comportamiento. De manera que, en la misma se describen las
etapas que conforman el sistema de vacío y las condiciones del proceso con
la finalidad de constituir un enfoque global y su ejecución para la
determinación de condiciones y fenómenos, a través de prácticas
experimentales, trabajando sobre medidas de hechos e interpretando de
forma concreta las características y fenómenos de interés.
3.2. DISEÑO DE INVESTIGACIÓN
El diseño de investigación, según Hernández, Fernández y Baptista
(1998), constituye el plan general que guía el proceso de recolección,
29
CAPITULO III
procesamiento y análisis de los datos que abarcan el estudio. De acuerdo a
esto, la presente investigación ha sido considerada como un diseño no
experimental, ya que se observó las variables y relaciones entre éstas, en su
contexto natural (Hernández, Fernández y Baptista, 1998, p.184).
Ahora bien, con respecto a su dimensión temporal, la investigación se
OS
D
A
V
R
E
OS RES
clasificó como transaccional o transversal descriptiva, ya que tiene como
objetivo indagar en la incidencia y los valores en que se manifiesta una o
RECH
E
D
momento (Hernández, Fernández y Baptista, 1998, p.187).
más variables en uno o más grupos de objetos o indicadores, en determinado
De acuerdo con lo anteriormente planteado, la metodología
utilizada para el logro de los objetivos establecidos incluyó una revisión
bibliográfica, el diseño del sistema de control de vacío y la determinación de
la curva de presión de vapor, su implantación y el desarrollo de guías
experimentales, para obtener los resultados deseados de forma precisa y
eficiente.
3.3. TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE DATOS
La recolección de datos se realizó mediante la observación directa
de los parámetros requeridos, para la evaluación y caracterización del
sistema de control de vacío en las instalaciones del Laboratorio de
Operaciones Unitarias de la Universidad Rafael Urdaneta, efectuando el
registro sistemático, válido y confiable del comportamiento manifestado.
De esta manera, se realizaron una serie de pruebas pilotos en el
sistema de control de vacío, previamente diseñado y construido, con el cual
se recopiló toda la información necesaria, por medio de la observación
directa y
sistemática
de la instrumentación instalada al equipo
(el
termómetro y el medidor de flujo), para la construcción de la curva de presión
30
CAPITULO III
de vapor, Según Hernández, Fernández y Batista, (1998) “La observación
consiste en el registro sistemático, valido y confiable del comportamiento o
conducta manifiesta” a su vez Hernández Sampieri (2001) asegura que la
observación como
técnica de recolección de datos implica que el
investigador observe y recoja los datos mediante su propia observación,
OS
D
A
V
R
E
OS RES
apoyados en sus sentidos.
RECH
E
D
3.4. FASES DE LA INVESTIGACIÓN
El presente trabajo de investigación se desarrollo a través de cinco
fases
investigativas,
las
cuales
permitieron
satisfacer
los
objetivos
originalmente planteados; Estas fases de la investigación se definen
a
continuación.
3.4.1. FASE I: Diseño del sistema de control de vacío. Para iniciar el
trabajo
de investigación se realizo una revisión teórica en donde se
estudiaron los conceptos básicos relacionados con bombas de vacío,
cavitación, curvas de presión de vapor, así como, todo lo concerniente a las
bases, códigos y normas establecidas para el diseño y la construcción de
un sistema de control de vacío para la determinación de la curva de presión
de vapor de liquido. En esta fase se elaboraron los planos y cálculos
necesarios, comprobando teóricamente cuales son las mejores condiciones
de uso del equipo.
3.4.2. FASE II: Construir el sistema de control de vacío. En esta fase se
procedió a adquirir, armar y unir las partes o elementos que conforman el
sistema para efectuar el montaje de acuerdo al plano del diseño, donde se
realiza un bosquejo y una descripción completa del sistema de control de
31
CAPITULO III
vacío, explicando el funcionamiento del sistema, la secuencia de operaciones
que se llevan a cabo y su comportamiento, especificando sus dimensiones,
forma, conexiones y corrientes existentes en el mismo; posteriormente se
procedió a efectuar el plano de simbología, bases y códigos de diseño, en los
que se muestra la identificación de los equipos del proceso, el área y los
OS
D
A
V
R
E
OS RES
símbolos más importantes, las especificaciones y condiciones que el equipo
debe tener, y las normas aplicables al diseño de tuberías e instrumentos,
RECH
E
D
montaje. Así pues, se efectuó el ensamblado tomando como base una mesa
condiciones ambientales, entre otras, respectivamente para su posterior
donde en ella se coloco las partes necesarias para la construcción del
equipo, entre ellas, 2 balones, termómetro, bomba de vacío, tubo
volumétrico, entre otros.
3.4.3. FASE III: Desarrollar pruebas pilotos al equipo. Consiste en la
puesta en servicio del sistema, para verificar su eficiente funcionamiento y
comprobar que las condiciones del equipo fueran las mas adecuadas para
ejecutar las pruebas y posteriormente el desarrollo de un manual de
funcionamiento del equipo.
Esta fase se baso en la realización de las pruebas pilotos que
permitieron conocer una serie de parámetros, como por ejemplo: temperatura
y presión de vapor. Desarrollándose cálculos para la obtención de graficas
tales como, presión vs temperatura.
3.4.4. FASE IV: Validar con literatura técnica, los parámetros
operacionales obtenidos. Luego de realizar las pruebas y determinar los
parámetros operacionales se compararon con la literatura técnica.
32
CAPITULO III
3.4.5. FASE V: Desarrollar guía de práctica experimental. Luego de
haber cumplido con los cuatro primeros objetivos, esta quinta fase consistió
en el diseño de una Guía de Practica experimental, la cual será introducida
al programa de laboratorio de Operaciones Unitarias I de la Universidad
Rafael Urdaneta.
OS
D
A
V
R
E
OS RES
El esquema a seguir para la realización de la guía de práctica del
RECH
E
D
Equipo, Fundamentos Teóricos y Procedimiento Experimental. Las mismas
equipo de control de vacío es, Introducción, Objetivos, Descripción del
se describen a continuación:
Introducción: Es una síntesis, en donde se explica en que consiste la
practica experimental, su alcance y propósito.
Fundamentos Teóricos: Explica los fundamentos con modelos y/o
teoría que sustenten lo expuesto, entendiendo por modelo una explicación
que sirve de objeto de imitación y por teoría, la síntesis de los conocimientos
de una ciencia, utilizados para explicar un fenómeno.
Objetivos: Esta sección especifica todos los objetivos perseguidos con
el experimento, las condiciones en que serán realizados y la forma en que
serán presentados.
Descripción del equipo: El propósito de esta sección es describir el
arreglo experimental ó equipo utilizado en el experimento. La descripción se
detallará lo suficiente como para permitir al estudiante ensamblar y reproducir
los componentes esenciales del aparato experimental.
33
CAPITULO III
Procedimiento
Experimental:
En
esta
se
describe
el
equipo
experimental y se plantea el procedimiento operacional que debe seguirse en
la realización de pruebas experimentales.
3.5. MEDICIONES
OS
D
A
V
R
E
OS RES
RECH
E
D
los valores requeridos para el análisis de los resultados de los experimentos.
Éstas se llevaran a cabo a través de los ensayos con el fin de obtener
Entre las cuales se encuentran:
•
Temperatura: se lee con el termómetro el cual esta sumergido
en un balón de 1000ml que contiene agua a temperatura
ambiente que luego se le ira subiendo la temperatura de 10
grados a 10 grados con la ayuda de un mechero.
•
Presión: Se lee con un Tubo en U llamado piezómetro.
3.6. ANÁLISIS Y PROCESAMIENTO DE LOS DATOS
El análisis de los datos constituye uno de los pasos más importantes
dentro del proceso de investigación, por cuanto permite la operatividad
técnica del proceso, donde se especifican y muestran los diferentes aspectos
que se relacionan con el problema objeto de la investigación y sus objetivos.
Ahora bien, una vez
recabada la información para evaluar con los
resultados, y de acuerdo a lo anteriormente descrito, se emplearon
diagramas, gráficos ilustrativos, tablas, planos, entre otros, que evidencien el
logro de los objetivos planteados. Así pues para el procesamiento de los
34
CAPITULO III
datos experimentales obtenidos del sistema, se realizará una tabla con las
siguientes características:
Temperatura (ºC)
Presión manometrica
(mmHg)
Presión
(mmHg)
de
vapor
OS
D
A
V
R
E
OS RES
ERECH
D
experimentalmente, la Temperatura y la Presión manométrica
Esta tabla presenta en sus dos primeras columnas mediciones obtenidas
y valores
calculados a partir de los datos mostrados en las columnas anteriores.
35
CAPITULO IV
CAPITULO IV
Los resultados obtenidos en este trabajo de grado se presentan a
continuación para cada una de las fases correspondientes.
4.1. FASE I
DISEÑO DEL SISTEMA DE CONTROL DE VACÍO.
Se inició el trabajo de investigación realizando una revisión teórica
OS
D
A
V
R
E
S diagrama de flujo y lista de
Ediseño,
R
S
tomando en cuenta la baseH
yO
códigos
del
EREC
equipos. D
relacionado con los diferentes parámetros que se involucran en el sistema,
4.1.1 Base del Diseño
Se realizó el diseño de ingeniería del sistema, estableciendo las
especificaciones, condiciones o bases del diseño a considerar. Así pues, el
diseño ha sido elaborado bajo las siguientes bases:
•
El sistema utilizó agua destilada.
•
Midió solo vapor de agua.
•
Es portátil.
•
Los materiales fueron de vidrio.
•
Condiciones ambientales del Laboratorio:
-
Temperatura atmosférica: 25 ºC.
-
Presión atmosférica: 14.7 psia = 1.01325*105 N/m2
4.1.2. Esquema del Proceso
En la figura 1 se muestra el diagrama de flujo de proceso para el
sistema de control de vacío.
4.1.3 Lista de Equipos
Es el conjunto de equipos que conforman el sistema junto con sus
características. A continuación se presenta:
36
CAPITULO IV
NOMBRE
CODIGO
FUNCION
Bomba de
P-103
Succiona el vapor de agua
TI-103
Mide la Temperatura del agua
Vacío
Termómetro
OS
D
A
V
R
E
ES
R
S
O
H
C Proporciona la distancia que hay entre un nivel y
E
RPI-103
E
D
volumétrico
Tubo
Balón trampa
Bombona de
Gas
B - 001
T-1
otro en el manómetro de mercurio
Sirve de trampa para que no le pase agua a la
bomba
Genera el gas necesario para el encendido del
mechero
Mechero
F-1
Sirve para calentar el agua
Balón principal
B-002
Recipiente donde se lleva a cabo el experimento
4.2. FASE II
COSTRUIR EL SISTEMA DE CONTROL DE VACÍO.
Atendiendo a las consideraciones anteriores se procedió a adquirir,
armar y unir las partes o elementos que conforman el sistema, aunque
previamente se realizó una descripción completa del sistema de control de
vacío.
37
CAPITULO IV
4.2.1 Montaje del sistema.
Se dispuso de 4 metros de mangueras de 5/16 que previamente han sido
revisadas para verificar que no presenten algún inconveniente como
estrangulamiento impidiendo el pase del vapor. Estas mangueras fueron
colocadas de la siguiente manera:
-
1 metros de la bomba a la trampa.
-
1 metros de la trampa al balón de vías.
-
2 metros del balón de 3 vías al tubo volumétrico.
OS
D
A
V
R
E
EdeSlas mangueras previamente se le
R
S
Cabe destacar que a
las
uniones
O
H
REyCpegamento para evitar fugas del vapor y optimizar los
DdeEvacío
coloco grasa
resultados.
Para poder darle soporte a los balones se colocó a la base o mesa unas
barras de aluminio que permiten que estos balones estén de manera firme y
segura evitando cualquier movimiento inapropiado.
La bombona de gas domestico fue colocada debajo de la mesa abriendo
un orificio a la misma para darle paso a la manguera de la bombona y así
conectarla al mechero.
También se elaboro una tabla para registrar los valores obtenidos en el
experimento.
Luego de cubrir estos factores se procedió a la construcción del equipo
propiamente dicha, iniciando la conexión de la bomba de vacío al balón de dos
vías que es utilizado como trampa para evitar el paso del líquido a la bomba.
Ese balón de dos vías es conectado a un balón de 3 vías lo cual este a su ves
esta conectado a un Tubo volumétrico y a un termómetro. Todas estas
conexiones fueron previamente selladas con grasa de vacío para evitar fugas
de vapor.
Posteriormente se coloco el mechero previamente conectado a la
bombona de gas para poder hacer el calentamiento.
Ya ensamblado el equipo se puso en marcha para detectar las posibles
fugas y corregirlas.
Cabe destacar que en el momento de la construcción no se disponía de
una estructura con ruedas que facilite el acomodo dentro del laboratorio y
38
CAPITULO IV
construcción del equipo. Para solventar este problema se presenta como única
solución el diseño y construcción de una estructura de hierro y madera,
utilizando como materiales para su construcción: una mesa capaz de soportar
el peso del equipo y cuatro ruedas.
4.2.2 Ensamblaje
Una bomba de vacío que succiona el vapor de agua que pasa a través de
unas mangueras de polietileno 5/16 que están conectadas a un balón (2vias)
OS
D
A
V
R
E
ESpor otras mangueras del mismo
R
bomba, este balón a su vez
estaS
conectado
O
H
EREC
diámetro a D
otro balón (3vias) de 1000ml donde se encuentra el agua que esta
de 500 ml que cumple la función de trampa para evitar que pase el agua a la
controlada por un termómetro que mide su temperatura a medida que va
aumentando por la influencia de un mechero que esta conectado a una
bombona de gas domestico ubicado en la parte de debajo de la mesa que se
esta usando como base para la construcción del equipo. La tercera vía de este
balón esta conectada al manómetro o tubo volumétrico que mide la distancia
que hay entre un nivel y otro en el mismo.
4.3 FASE III
DISEÑAR PRUEBAS PILOTOS.
En esta fase se puso en servicio el sistema para verificar previamente
su eficiencia y comprobar que las condiciones del equipo sean las más
adecuadas.
Luego de esto se procedió a realizar las pruebas pilotos las cuales
permitieron encontrar la mejor manera de operar el equipo. El procedimiento
quedo establecido de la siguiente forma:
1. Se midió la temperatura en la que se encuentra inicialmente el agua
destilada y se registra en la tabla.
2. Se encendió la bomba de vacío y se esperó atentamente a que el agua
empezara a ebullir, cuando esto ocurrió se apagó la bomba y se leyó en
el manómetro previamente la distancia del nivel.
39
CAPITULO IV
3. Se encendió el mechero y se elevó la temperatura 10 o 15 ºC mas,
cuando esto ocurrió se apagó el mechero y se encendió la bomba de
vacío se esperó a que empezara nuevamente a ebullir el agua y cuando
esto ocurrió se apagó la bomba y se midió seguidamente la distancia del
nivel del manómetro.
4. Este mismo procedimiento se llevó a cabo elevando cada vez más la
temperatura de 10 en 10 ºC hasta llegar a la temperatura de 100 ºC que
es en la que el agua hierve a presión atmosférica.
5. Se completó la tabla con las temperaturas y presiones correspondientes.
OS
D
A
V
R
E
ES a realizar la curva de presión de
S
6. Con los resultados obtenidos
seR
dispuso
O
H
DEREC
vapor.
Grafica 1
0
10
70
60
50
42
40
(ºC
ra
tu
r
a
25
800
700
600
500
400
300
200
100
0
)
Presion
Curva de Presión de Vapor
Te
m
pe
Presión de vapor
Fuentes: Loizos (2007)
4.4 FASE IV
VALIDAR
CON
LITERATURA
TECNICA
LOS
PARAMETROS
OPERACIONALES OBTENIDOS.
4.4.1 Resultados
A continuación se muestran las tablas de resultados y curvas obtenidas:
40
CAPITULO IV
Cuadro 1
Tabla de Resultados en mmHg
Temperatura
(ºC)
Diferencia de
altura en el
manómetro
(mmHg)
Presión
de
vapor
Exp
(mmHg)
28.75
55.15
42.45
80.6
112.8
174.1
760,00
Presión
de vapor
Teorica
(mmHg)
% de
Error
OS
D
A
V
23.756
21.02
R
E
S
E
R
S
55.324
0.31
CHO
25
40
42
50
60
70
100
DERE
731.85
704.85
717.5
679.4
647.2
585.9
0
61.50
30.97
92.31
12.68
149.38
24.48
233.7
25.50
760
0
Fuente: Loizos (2007)
Representación de la relación entre la temperatura del agua destilada y su
presión de vapor obtenida a partir de los datos de la tabla 1:
Grafica 2
Temperatura vs. Presion de vapor
Presión de vapor experimental (mmHg)
Presion de vapor
(mmHg)
Presión de vapor teorico (mmHg)
800
600
400
200
0
0
20
40
60
80
100
120
Temperatura
Fuentes: Loizos (2007)
41
CAPITULO IV
Cuadro 2
Tabla de Resultados en Pascal (Pa)
Temperatura
(ºC)
25
40
42
50
60
70
100
Diferencia
de altura en
el
manómetro
(Pa)
97555.60
93956.50
95642.75
90564.02
86271.76
78100.47
0
Presión
de vapor
Exp
(Pa)
Presión
de vapor
Teorica
(Pa)
3832.375
7351.49
5658.58
10719.8
15002.4
23207.53
101308
3166.67
21.02
7374.68
0.31
8197.95
30.97
12304.92
12.68
19867.54
24.48
19867.54
25.50
101308
0
Fuentes: Loizos (2007)
% de Error
S
DERE
DO
A
V
R
E
S
E
CHOS R
4.6 FASE VI
DESARROLLAR PRÁCTICAS EXPERIMENTALES.
Para finalizar con el cumplimiento de las fases de la investigación, se
realizó una guía de práctica experimental empleando el sistema de control de
vacío a través de la cual los estudiantes podrán realizar ensayos y conocer el
proceso, afianzando los conocimientos teóricos adquiridos. (Ver anexos)
42
CAPITULO IV
S
DO
A
V
R
E
S
E
CHOS R
DERE
43
CONCLUSIONES
Después del diseño y la implantación de un Sistema de Control de Vacío que
permite la evaluación de la Presión de vapor a diferentes Temperaturas, se pueden
plantear las siguientes conclusiones:
•
OS
D
A
V
R
E
OS RES
Se diseñó el sistema de control de vacío para la determinación
DERECH
experimental de la presión de vapor de un líquido.
•
Se construyó y ensambló el equipo de tal manera que permite
realizar cambios y modificaciones en su estructura de acuerdo a los
requerimientos y necesidades.
•
Se demostró que el equipo presenta buen desempeño durante el
proceso.
•
A través de las pruebas pilotos se pudieron determinar las
condiciones óptimas de funcionamiento del sistema, haciendo uso de los
instrumentos de medición para la determinación de los parámetros
experimentales (Temperatura y Presión manométrica).
•
Con la implantación de este sistema en el Laboratorio de
Operaciones Unitarias de la Universidad Rafael Urdaneta, se cuenta con un
equipo versátil y operativo que permite realizar simulaciones del proceso
industrial a escala de laboratorio.
•
En cuanto a los resultados obtenidos se pudo apreciar que la
curva de presión de vapor contra Temperatura se asemeja a los patrones
45
clásicos en los documentos consultados y las opiniones de personas con
amplios conocimientos sobre la materia.
•
La guía de práctica desarrollada presenta las bases teóricas
requeridas para analizar el comportamiento de la Presión de vapor a
OS
D
A
V
R
E
OS RES
diferentes Temperaturas, estudiando parámetros que definan gráficamente el
DERECH
sistema.
46
RECOMENDACIONES
•
Evaluar el desempeño del equipo utilizando otras clases de líquidos con el fin
de estudiar las propiedades de los mismos durante el vacío.
•
•
OS
D
A
V
R
E
del contenido programático R
vigente
ES de las cátedras de
S
O
H
C
Operaciones
Unitarias.
DERE
Incluir la guía práctica experimental presentada en esta investigación dentro
Laboratorio de
Complementar ésta investigación con análisis cuantitativos, mediante la
obtención y uso de instrumentos necesarios para realizar las mediciones
requeridas para demostrar numéricamente los resultados obtenidos.
•
Incentivar a la Universidad a continuar apoyando este tipo de trabajos
especiales que involucran actividades de diseño y construcción de equipos
existentes en el Laboratorio de Operaciones Unitarias, mediante la asignación
de tesis de grado a los estudiantes.
•
Mejorar el sistema de medición de temperatura y presión, preferiblemente
mediante instrumento digital para que pueda dar una lectura más exacta.
47
BIBLIOGRAFIA
Balestrini Acuña, Mirian. Cómo se elabora el Proyecto de Investigación. 5ª
Edición. B.L. Consultores Asociados. Caracas. Enero de 2001. 248 p.
Barcelo, José R. Diccionario Terminológico de Química. 1ª Reimpresión.
Editorial Alambra S.A. España. 1979. 773 p.
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R
Bavaresco de Prieto, O
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Bligh P. H., Haywood R. Latent heat- its meaning and measurement. Eur. J.
Phys. 7(1986) pp. 245-251.
Edward H. Smith. Manual del Ingeniero Mecánico.
García, Raúl y Maggiolo, Luis. Diseño e Implantación de un Circuito de
Fluidos para la evaluación de bombas Centrífugas con arreglos en serie o
paralelo en el Laboratorio de Operaciones Unitarias de la Universidad Rafael
Urdaneta. TEG. Universidad Rafael Urdaneta. Facultad de Ingeniería. Maracaibo.
Septiembre de 2004.
Gesari S., Irigoyen B., Juan A. An experiment on the liquid-vapor
equilibrium for water. Am. J. Phys. 64 (9) September 1996, pp. 1165-1168
Hernández Sampieri, Roberto; Fernández Collado, Carlos y Baptista Lucio,
Pilar. Metodología de la Investigación. Segunda Edición. Mc Graw Hill. México, DF.
1998. 501 p
48
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Química. Sexta Edición. Pearson Educación de México, S.A. de CV. México. 2002.
728 p.
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Unitarias en Ingeniería Química. Cuarta Edición. Mc Graw Hill. España. 1998.
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V
R
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OS RES
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DERECH
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Operaciones Básicas. Ediciones Aguilar. Tomo II. España. 1978. 416 p.
Perry. Manual del Ingeniero Químico. Sexta Edición. Tercera Edición en
Español. Mc Graw Hill. Tomo V. Colombia. 1998
Samuel H. Maron. Fundamentos de
Fisicoquímica. Ed. Limusa, Pag.
56,221,283.
Tamayo y Tamayo. “El Proceso de la Investigación Científica”. Editorial
Limusa. 1993
49
No. MO – 05-05-07
PROCEDIMIENTO: MANUAL DE OPERACIÓN
INSTRUCCIÓN DE TRABAJO
Manejo y Mantenimiento del Sistema de Control de Vacío
EDICIÓN: 1
REVISIÓN: 0
PÁGINA: 1 de 4
PROCEDIMIENTOS ASOCIADOS:
Protocolo de arranque inicial y puesta en
marcha del Sistema de Control de Vacío
PA-05-05-07
RESPONSABLE:
Ing. Oscar Urdaneta
Ing. Humberto Martínez
FORMATOS ASOCIADOS:
OS
D
A
V
R
E
OS RES
DERECH
DESCRIPCIÓN
ÍNDICE
Pág.
1. PROPÓSITO....................................................................................................................
2
2. PRECAUCIONES DE SEGURIDAD.............................................................................
2
3. PRECAUCIONES AMBIENTALES...............................................................................
2
4. PRE-REQUISITOS...........................................................................................................
2
5. RESUMEN DE PASOS.................................................................................................... 3
a. Verificación de equipos, instrumentos y accesorios.......................................................
3
b. Lectura de parámetros..................................................................................................... 4
REALIZADO POR: __________
REVISADO POR: __________
APROBADO POR: __________
María R. Loizos A.
Ing. Humberto Martínez
Ing. Oscar Urdaneta
FECHA: MAYO DE 2007
FECHA: MAYO DE 2007
FECHA: ENERO DE 2007
No.
No. MO
MO –– 06-12-06
05-05-07
PROCEDIMIENTO:
PROCEDIMIENTO: MANUAL
MANUAL DE
DE OPERACIÓN
OPERACIÓN
INSTRUCCIÓN
INSTRUCCIÓN DE
DE TRABAJO
TRABAJO
Manejo
ManejoyyMantenimiento
Mantenimientodel
delSistema
Sistemade
deSecado
ControldedeSólidos
Vacío
EDICIÓN:
EDICIÓN: 11
REVISIÓN:
REVISIÓN: 00
PÁGINA:
PÁGINA: 12 de
de 64
PROCEDIMIENTOS
PROCEDIMIENTOS ASOCIADOS:
ASOCIADOS:
Protocolo
Protocolo de
de arranque
arranque inicial
inicial yy puesta
puesta en
en
marcha
del
sistema
de
secado
de
sólidos
servicio del sistema de Control de Vacío
PA-06-12-06
PA-05-05-07
RESPONSABLE:
RESPONSABLE:
Ing.
Ing. Oscar
Oscar Urdaneta
Urdaneta
Ing.
Ing. Humberto
Humberto Martínez
Martínez
FORMATOS
FORMATOS ASOCIADOS:
ASOCIADOS:
OS
D
A
V
R
E
OS RES
DESCRIPCIÓN
ECH
R
E
D
El propósito principal es guiar a los alumnos del Laboratorio de Operaciones Unitarias en la
1. PROPÓSITO
operación del sistema de control de vacío, de tal manera que los pasos sean realizados de la forma más
segura y eficiente posible.
ÍNDICE
Pág.
2. PRECAUCIONES DE SEGURIDAD
1. PROPÓSITO....................................................................................................................
• Utilizar el equipo de protección personal: bata de laboratorio, lentes de seguridad y botas.
2. PRECAUCIONES DE SEGURIDAD.............................................................................
• Evitar
el contacto con las AMBIENTALES...............................................................................
partes calientes del sistema.
3. PRECAUCIONES
2
4. PRE-REQUISITOS...........................................................................................................
2
2
2
5. RESUMEN DE PASOS.................................................................................................... 3
3. PRECAUCIONES
a. VerificaciónAMBIENTALES
de equipos, instrumentos y accesorios....................................................... 3
• Evitarb.laAdmisión
contaminación
por agentes químicos.
de la muestra..................................................................................................
4
c. Transferencia de calor.....................................................................................................
4
d. Admisión de aire............................................................................................................. 5
4. PRE-REQUISITOS
e. Parada.............................................................................................................................. 5
• Disponibilidad de Servicio Eléctrico Local (220 V).
REALIZADO
REALIZADO POR:
POR: __________
__________ REVISADO
REVISADO POR:
POR: __________
__________
APROBADO
APROBADO POR:
POR: __________
__________
María
María C.
R. Silvestre
Loizos A.H.
Ing.
Ing. Humberto
Humberto Martínez
Martínez
Ing.
Ing. Oscar
Oscar Urdaneta
Urdaneta
FECHA:
2006
FECHA: DICIMBRE
MAYO DE 2007
FECHA:
2006
FECHA: DICIEMBRE
MAYO DE 2007
FECHA:
2006
FECHA: DICIEMBRE
MAYO DE 2007
No. MO – 05-05-07
PROCEDIMIENTO: MANUAL DE OPERACIÓN
INSTRUCCIÓN DE TRABAJO
Manejo y Mantenimiento del Sistema de Control de Vacío
EDICIÓN: 1
REVISIÓN: 0
PÁGINA: 3 de 4
PROCEDIMIENTOS ASOCIADOS:
Protocolo de arranque inicial y puesta en
marcha del Sistema de Control de Vacío
PA-05-05-07
RESPONSABLE:
Ing. Oscar Urdaneta
Ing. Humberto Martínez
FORMATOS ASOCIADOS:
OS
D
A
V
R
E
OS RES
DERECH
5. RESUMEN DE PASOS
Procedimiento experimental de determinación de presión de vapor en un sistema de control de
vacío.
a. Verificación de equipos, instrumentos y accesorios.
b. lectura de parámetros
c. Parada.
ACCIONES
PASOS
1. Verificación de equipos, instrumentos y
accesorios.
1.1. Verificar la
recipientes.
hermeticidad
de
los
1.2. Verificar la conexión de las mangueras y
bomba.
REALIZADO POR: __________
REVISADO POR: __________
APROBADO POR: __________
María R. Loizos A.
Ing. Humberto Martínez
Ing. Oscar Urdaneta
FECHA: MAYO DE 2007
FECHA: MAYO DE 2007
FECHA: MAYO DE 2007
No. MO – 05-05-07
PROCEDIMIENTO: MANUAL DE OPERACIÓN
INSTRUCCIÓN DE TRABAJO
Manejo y Mantenimiento del Sistema de Control de Vacío
EDICIÓN: 1
REVISIÓN: 0
PÁGINA: 4 de 4
PROCEDIMIENTOS ASOCIADOS:
Protocolo de arranque inicial y puesta en
marcha del Sistema de Control de Vacío
PA-05-05-07
RESPONSABLE:
Ing. Oscar Urdaneta
Ing. Humberto Martínez
FORMATOS ASOCIADOS:
OS
D
A
V
R
E
OS RES
RECH
DEPASOS
2. Lectura de parámetros
ACCIONES
2.1. Se lee la Temperatura en el termómetro
atmosférica.
2.2.Se prende la bomba y se espera a que el
agua empiece a ebullir.
2.3.Se apaga la bomba.
2.4.Se lee la Presión en el manómetro
2.5.Registrar en una tabla los valores
obtenidos.
2.6. Calentar el agua 10ºC sobre la
Temperatura atmosférica
2.7. Se prende nuevamente la bomba y se
espera a que empiece a ebullir.
2.8.Se apaga la bomba.
2.9.Se lee la presión manométrica.
2.10. Se
repite
este
procedimiento
aumentando la Temperatura de 10 en 10
ºC hasta llegar a 100ºC que es cuando el
agua ebulle a presión atmosférica.
REALIZADO POR: __________
REVISADO POR: __________
APROBADO POR: __________
María R. Loizos A.
Ing. Humberto Martínez
Ing. Oscar Urdaneta
FECHA: MAYO DE 2007
FECHA: MAYO DE 2007
FECHA: MAYO DE 2007
DERECH
OS
D
A
V
R
E
OS RES