Gui³n Experimental, LIQ 1

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  • Manual de Guiones Experimentales del Laboratorio de Ingeniera Qumica I

    ISBN: 978-607-02-4380-6

    Autores

    Jorge Alcaraz Cienfuegos

    Mara Luisa Galicia Pineda

    Martha Imelda Moreno Bravo

    Genovevo Silva Pichardo

    Diseo de portada: DG Norma Castillo Velzquez. Diseo de interiores: Maricela Hernndez Casasola. Responsable editorial: CME Brenda lvarez Carreo. Hecho en Mxico. Prohibida la reproduccin total o parcial por cualquier medio, sin la autorizacin escrita del titular de los derechos patrimoniales.

    Primera edicin 2013 D.R. Universidad Nacional Autnoma de Mxico.Ciudad Universitaria, Delegacin Coyoacn, C.P. 04510, Mxico, Distrito Federal.

  • El contenido de este Manual estuvo a cargo de los siguientes

    profesores adscritos al Laboratorio de Ingeniera Qumica:

    Jorge Alcaraz Cienfuegos

    Mara Luisa Galicia Pineda

    Martha Imelda Moreno Bravo

    Genovevo Silva Pichardo

    La compilacin, edicin y publicacin estuvo a cargo de las profesoras:

    Mara Luisa Galicia Pineda y Martha Imelda Moreno Bravo

    Agradecemos a los asesores acadmicos por su participacin:

    Enrique Rodolfo Baza Rueda

    Enrique Chvez Castellanos

    Martn Hernndez Luna

    Antonio Valiente Barderas

    Publicacin aprobada por el Comit Editorial de la Facultad de Qumica

    Julio 2013

  • Primera edicin: 2013

    Fecha de edicin: 8 de mayo de 2013

    D.R. 2013 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTNOMA DE MXICOCiudad Universitaria, Delegacin Coyoacn,

    C.P. 04510, Mxico, Distrito Federal.

    ISBN: 978-607-02-4380-6

    Prohibida la reproduccin total o parcial por cualquier medio,

    sin la autorizacin escrita del titular de los derechos patrimoniales.

    Impreso y hecho en Mxico

    Tamao: 14.33 MB

    Tipo de impresin: HTML

  • vNDICE

    Introduccin ............................................................................................................................ vii

    Experimento 1

    Balance de materia a rgimen permanente ............................................................ 1

    Experimento 2

    Balance de materia a rgimen no permanente ......................................................11

    Experimento 3

    Balance de materia con reaccin qumica:

    hidratacin de anhdrido actico ...............................................................................19

    Experimento 4

    Balance de materia y energa en una torre de enfriamiento de agua .................27

    Experimento 5

    Viscosidad de lquidos newtonianos ...........................................................................41

    Experimento 6

    Viscosidad de lquidos no newtonianos .....................................................................47

    Experimento 7

    Cadas de presin en tuberas lisas y regmenes de flujo .........................................55

    Experimento 8

    Balance de materia y energa en un proceso de acondicionamiento

    de aire (psicrometra) ...................................................................................................63

  • vii

    Introduccin

    Los guiones experimentales que se presentan en esta primera versin del Manual del Laboratorio de Inge-niera Qumica I fueron elaborados por profesores del Laboratorio y corresponden al Proyecto Institucional llamado Programa de la Reforma de la Enseanza Experimental en la Facultad de Qumica. La filosofa de este programa establece que el alumno debe descubrir el fenmeno y adquirir los conceptos al resolver un problema mediante la experimentacin, conducida por un material escrito llamado guin experimental, el cual contiene la informacin necesaria para que el alumno lo realice por s mismo y el profesor funja como un asesor.

    Tomando como base el temario de las materias tericas de Balances de Materia y Energa, as como de Transferencia de Momento del Plan de Estudios de la Facultad, es que se ha elegido la temtica de los guiones y el orden. Cada guin ha pasado por una serie de etapas de presentacin y revisin, desde la concepcin del objetivo acadmico, objetivos particulares y problema, hasta su desarrollo y aprobacin por parte de los profesores del rea del laboratorio para ser utilizados en el curso experimental por los alum-nos. La revisin sigue a travs de las evaluaciones peridicas que se realizan a cada guin por parte de los alumnos, por lo que hemos recopilado y tomado en consideracin sus opiniones, generando con esto una mejora continua de los guiones aqu presentados.

    Los guiones aqu recopilados son los que por el momento se llevan a cabo en el curso del Laboratorio de Ingeniera Qumica I, sin embargo, se estn trabajando y mejorando ms guiones experimentales para incluirlos posteriormente. Con este material didctico y el manejo de los equipos de este Laboratorio se pretende fomentar en los alumnos su creatividad, autosuficiencia y desarrollar su capacidad de anlisis de resultados.

    Cada guin experimental contiene:

    Ttulo.Refierealalumnolatemticaencuestin. Problema.steslopodrresolverseporvaexperimental. Parteexperimental.Esteapartadoindicalasmedidasdehigieneyseguridadquedebenteneren

    cuenta los alumnos, incluye la descripcin del equipo con una fotografa o diagrama explicativo para que el alumno se familiarice con ste. Asimismo, integra informacin experimental en tablas de registro.

    Cuestionario.Ademsdeorientaralarespuestadelproblemaplanteado,tambinbuscaincidiren la atencin del alumno sobre los fenmenos de causa-efecto que se llegan a presentar en la experimentacin. Su objetivo es que el estudiante se apropie de este conocimiento.

    Nomenclatura.Orientaalalumnosobreelsignificadodelassiglasutilizadas. Bibliografa.Sugerenciasdeobrasqueelalumnopuedeconsultarparaampliarsuconocimiento

    sobre el tema que se estudia. Anexosdeapoyo.Informacinrelevanteycomplementariaalguinexperimental.

    Agradecemos la participacin comprometida y entusiasta de todos y cada uno de los profesores que ayu-daron en la elaboracin, revisin y mejora de cada guin experimental, siempre con la finalidad de darle al alumno una gua didctica que le ayude en el desempeo de las experimentaciones que va a realizar

    en el Laboratorio, y que complemente su formacin como ingeniero qumico.

    Los autores

  • 1Experimento 1Balance de materia a rgimen permanente

    1. PROBLEMA

    Determinar el flujo msico en g/min, con el que debe operar la bomba que transporta la solucin MEG-AGUA del tanque A al mezclador, as como su composicin en % masa, para que al mezclarse con la corriente de flujo de composicin desconocida, que va del tanque B igualmente al mezclador, por la accin de una bomba que opera en la posicin No. 4 de su control de velocidad, se genere una corriente de flujo en la salida del mezclador con el 23% en masa de monoetilenglicol (MEG).

    2. PARTE EXPERIMENTAL

    2.1 Medidas de higiene y seguridad

    Evitar la ingestin y contacto con la piel de la solucin de MEG. Evitar derrames en elementos e instalaciones elctricas.

    2.2 Materiales

    15 vasos de precipitado de 100 ml.

    Cronmetro.

    Balanza digital.

    Agitador magntico.

    13 jeringas.

    Refractmetro (ATAGO T3, ATAGO T1, ATAGO R5000, MISCO).

    2 mangueras para enfriamiento del refractmetro.

    Algodn.

    Piseta con agua destilada.

    Mampara o canastilla de agitacin.

    Franela.

    Bomba manual.

    Vaso de precipitado de 4 L.

    3 cubetas de 10 L.

  • 22.3 Sustancias

    Dos soluciones MEG-AGUA de diferente composicin almacenada en los contenedores ubicados junto al equipo experimental, y etiquetados con las letras A y B.

    2.4 Servicios auxiliares

    Corriente elctrica.

    2.5 Descripcin del equipo

    El equipo est constituido por dos secciones y cada seccin est integrada por dos tanques de acrlico T-A y T-B de 8.0 L (1) y (2). Dos tanques de acrlico de 9.0 L (13) y (14) para depositar la solucin resultante del mezclado. Un mezclador (3) con parrilla de agitacin magntica de velocidad variable (4) y (5), dos bombas dosificadoras con control de velocidad (6), (7), (8) y (9), lneas de corrientes de flujo y vlvulas (11), (12), (15) y (16).

    2.6 Fotografa del equipo

    Mdulo de mezclado a rgimen permanente

    123

    4 5

    6

    12

    10

    11

    13

    14

    177

    15

    8

    16

    9

  • 32.7 Desarrollo experimental

    Preparacin del equipo

    1. Para iniciar, activar el multicontacto elctrico (10).

    Para desarrollar adecuadamente el proceso de mezclado, verificar que los tanques de alimen-tacin T-A (1) y T-B (2) de las soluciones estn vacos, en caso contrario, vaciarlos y depositar las soluciones en el tanque de residuos.

    2. Con un vaso de precipitado de plstico de 4 L agregar a los tanques de alimentacin T-A y T-B las soluciones de sus respectivos contenedores hasta un 90% del volumen total.

    Operacin del equipo

    3. Seleccionar la velocidad No. 4 con la perilla del controlador de velocidad (9). Esta velocidad permanecer constante.

    4. Medicin del flujo msico de la bomba (6). Cerrando totalmente la vlvula que alimenta al mez-clador (no visible en el diagrama) y abriendo totalmente la vlvula (17) de la toma de muestra. Activar la bomba con el elemento de arranque situado en el controlador de velocidad, y con un vaso de precipitado, previamente pesado, tomar la muestra registrando con un cronmetro el tiempo de acumulacin. Repita este procedimiento 2 veces ms regresando la solucin al tanque de alimentacin. Registrar la masa de la muestra en la Tabla 1.

    5. Asignar un nmero en el control de velocidad de la bomba A (7), siendo ste mayor e igual a 3 y menor e igual a 8. La variacin de velocidad es lineal.

    6. Cerrar la vlvula de la toma de muestra (17) y abriendo la