LABORATORIO DE TERMODINMICA IPRCTICA 2: Balances de energa en estado inestable, mezclado no ideal, intermitente de solucin.CARRERA: Ingeniera Farmacutica.ASIGNATURA: Termodinmica SEMESTRE: SegundoI N S T I T U T O P OL I T C N I C O N A C I ON A LUNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERA CAMPUS GUANAJUATO

GRUPO: EQUIPO No:FECHA:

INTEGRANTES:

I. HABILIDADES A DESARROLLAR:Que el alumno sea capaz de aplicar un balance de energa con el fin de determinar la temperatura terica a la que puede llegar una mezcla de dos lquidos puros y que compare los resultados de su aproximacin con informacin que obtenga de la experimentacin.Que maneje informacin tcnica en diferentes sistemas de unidades para presentar resultados que sean dimensionalmente homogneos.

II. INTRODUCCIN Y JUSTIFICACIN (Por equipo):La primera ley de la Termodinmica establece que: AUNQUE LA ENERGIA ADOPTA MUCHAS FORMAS, LA CANTIDAD TOTAL DE ENERGIA ES CONSTANTE, Y CUANDO LA ENERGIA DESAPARECE DE UNA FORMA, APARECERA SIMULTANEAMENTE EN OTRAS FORMAS.

En otras palabras, en un sentido un tanto informal, tambin se puede interpretar como que la energa no se crea ni se destruye, slo se transforma.

Usando el lenguaje matemtico, la primera ley se puede expresar como:

Finalmente, si se considera que el sistema puede intercambiar energa con los alrededores ya sea en forma de trabajo (W) o de calor (Q), entonces la primera ley se reescribe as:

Al sistema que se analizar en la presente prctica se aplicarn las siguientes consideraciones:

No existe aporte de calor o de trabajo del sistema a los alrededores y viceversa. Slo trabajo de flujo cuando se introducen las sustancias al sistema. Se supone que las fronteras del sistema son adiabticas. El sistema no opera de manera continua ni intermitente sino de forma semi-intermitente, es decir, existe una entrada de materia y, enseguida, procede el proceso de mezclado que genera calor.

De acuerdo a lo que se acaba de expresar, el balance del energa para el sistema analizado tendr la forma siguiente:

Nota: los corchetes verticales no se refieren a valor absoluto sino simplemente se usan para denotar la entrada de cada sustancia.Aqu h denota la entalpa especfica molar (J/g-mol), n el nmero de moles (g-mol), u la energa interna especfica molar (J/g-mol) y Hs es el calor de solucin a 25 C (J/g-mol de HNO3).

En la ecuacin anterior se pueden utilizar otros trminos con el fin de que se pueda obtener informacin fcilmente medible, es decir, el u de la mezcla se puede deducir a partir de la definicin de la capacidad calorfica a volumen constante, obtenindose que . Recurdese que en el caso de lquidos y slidos Cp = Cv = C. En el caso de la entalpa, la relacin utilizada se deduce a partir de la definicin de capacidad calorfica a presin constante, obtenindose . En esta ecuacin slo se considera el orden de magnitud de la primera cantidad considerndose que el orden de magnitud de la segunda es muy pequeo en proporcin, por lo tanto, . Las unidades de la capacidad calorfica estn dadas en J/mol.K.

Teniendo en cuenta las consideraciones que se acaban de mencionar, el balance adquiere la siguiente forma:

+

Donde

y

y

Por otra parte, el cambio de entalpa que se da en la formacin de una solucin a partir de los elementos en forma de soluto y el solvente a 25 C se conoce como calor estndar de formacin de la solucin. Si la solucin est conformada por n moles de solvente por mol de soluto, entonces se puede expresar lo siguiente:

siendo el calor de solucin a 25 C. De esta ecuacin se puede despejar el calor de solucin y sus dimensiones son energa/mol de soluto (por ejemplo, J/g-mol).

En la presente prctica se podr hacer uso de grficas para determinar tanto la capacidad calorfica de la mezcla cido sulfrico-agua, as como de los calores de solucin en agua para diferentes compuestos.

Figura 1. Grfica para determinar la capacidad calorfica de la mezcla H2SO4-H2O a 25 C.*

Figura 2. Grfica para determinar el calor de solucin de la mezcla H2SO4-H2O a 25 C.*

III. MATERIAL, HERRAMIENTAS Y EQUIPO DE SEGURIDAD A EMPLEAR:Material 1 Vaso de precipitados de 100 mL. 1 Pipeta de 10 mL. 1 Pipeta de 5 mL. 1 Termmetro. Vaso y tapa de unicel. Un trozo de manguera de hule. Jeringa.Sustancias Acido Nitrico concentrado (HNO3). Agua destilada (H2O)

IV. DESARROLLO EXPERIMENTAL:

1. Arme el conjunto para medir la temperatura de solucin. La tapa se elabora usando unas tijeras o una navaja de manera que esta pueda entrar a presin en la boca del vaso. Adems, perfore dos orificios: uno para el termmetro y otro para insertar una pipeta.

Termmetro

Figura 3. Sistema de mezclado.

2. Agregue 20 mL de agua destilada al sistema mezclador y registre la temperatura del agua. Permita que la lectura se estabilice antes del registro.3. Registre la temperatura del cido Nitrico .4. Conecte la pipeta de 5 mL a la jeringa a travs de un pequeo trozo de manguera de ltex. Esto con el fin de evitar el contacto con el cido y tener mejor control sobre la cantidad dosificada.5. Adicione 5 mL de cido Nitrico a travs del orificio al interior del vaso de unicel. Hgalo lenta pero continuamente y con mucha precaucin.6. Despus de la adicin, retire la pipeta y agite lo ms pronto posible. Registre la temperatura mxima alcanzada por la mezcla.7. Repite tres veces desde el paso 2 al 6.8. Compare la temperatura promedio obtenida experimentalmente con la generada a travs del balance de energa. Explique el origen de las diferencias, si es que las hay.9. Verifique que los clculos que realice sean congruentes en sus unidades.

V. REGISTRO DE DATOS Y RESULTADOS (Por equipo):

Tabla 1. Datos experimentales de la determinacin de la temperatura de solucin.

EXPERIMENTOTemperatura del agua (T2)Temperatura del cido (T1)Temperatura de la mezcla (T)

1

2

3

Tabla 2. Comparacin entre los resultados tericos y los experimentales.

CUANTIFICACIONRESULTADO

Temperatura experimental de la mezcla (C)

Temperatura terica de la mezcla (C)

VI. NOMENCLATURA:T1 = Temperatura del cido, K.T2 = Temperatura del agua, K.T = Temperatura mxima de la mezcla lquida, K.T = Temperatura de referencia, 298.15 K.= Capacidad calorfica del cido sulfrico, J/g-mol.K. = Capacidad calorfica del agua, J/g-mol.K. Cmezcla = Capacidad calorfica de la mezcla, J/g-mol.K. = Peso molecular del cido sulfrico, g/g-mol. = Peso molecular del agua, g/g-mol. = Peso molecular de la mezcla, g/g-mol. = Calor de solucin de la mezcla, J/g-mol de cido sulfrico. = Fraccin masa del cido sulfrico, g cido sulfrico/g de mezcla. = Fraccin mol del cido sulfrico, g-mol cido sulfrico/g-mol mezcla. = Fraccin mol del agua, g-mol agua/g-mol mezcla.

VII. CUESTIONARIO (Por equipo):1. Cmo se expresa en lenguaje matemtico la primera ley de la Termodinmica?2. Cul es la expresin de la primera ley para un sistema cerrado y qu significa?3. Cul es la expresin de la primera ley para un sistema abierto y qu significa?4. En qu se relaciona un balance de masa con uno de energa?5. Qu utilidad prctica tienen los balances de energa usando la primera ley de la Termodinmica?

VIII. ANLISIS DE RESULTADOS Y CONCLUSIONES (Individuales, registrar el nombre del integrante):

IX. BIBLIOGRAFA:

Smith, J.M., Van Ness, H.C., Abbot, M.M.; Introduccin a la termodinmica en IngenieraQumica, 6. Edicin, Mc Graw Hill, 2003.Felder, R.M., Rousseau, R.W., Principios elementales de los procesos qumicos, 3.edicin, Limusa Wiley, 2004.* Rusell, T.W.F., Denn, M.M., Introduccin al anlisis en ingeniera qumicaLimusa, Mxico, D.F., 1976. p 350

X. ANEXOS (Si es que existen):

XI. DATOS DE REVISIN:

CRITERIOS A EVALUARPORCENTAJEINTEGRANTE 1INTEGRANTE 2INTEGRANTE 3INTEGRANTE 4INTEGRANTE 5

Examen pre practica20%

Cuestionario15%

Anlisis y conclusiones individuales20%

Examen pos-prctica25%

Medidas de seguridad (bata y/o lentes de seguridad)10%

Limpieza del material y el lugar utilizado5%

Desempeo por equipo5%

TOTAL100%

Fecha de evaluacin:

Firma de profesor que evalu: