t1 2008 5 Sistemas Varias Fases Con Ejercicios Ojazo

8/12/2019 t1 2008 5 Sistemas Varias Fases Con Ejercicios Ojazo

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Unidad 5Sistemas de varias fases

Termodinmica 1 Versin 2008

Profesor. Luis Vega Alarcn 2

5.1 Presin de Vapor

5.1 Presin de Vapor

La presin de vapor es la presin que ejerce el vapor en

equilibrio con el lquido o el slido que lo origina; su valordepende de la temperatura y del lquido o slido encuestin, es independientes de las cantidades de lquido yvapor presente mientras existan ambas.

La presin de vapor es una de las propiedades msimportante y tiles de los lquidos, de algunos slidos y delas soluciones lquidas. Esta propiedad es importante en eldiseo y operacin de procesos industriales, qumicos,fsicos y biolgicos como consecuencia de la existencia deinterfases en las que participa el vapor.

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La volatilidad de una especie es la tendencia que tiene laespecie para pasar del estado lquido (o slido) al de vapor.

La presin de vapor de una sustancia es unamedida de su volatilidad

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Existen tablas de presiones de vapor para algunas sustan-cias, y existen numerosos mtodos para estimar la presin devapor, dentro de los ms conocidos estn:

Como ejemplo de tablas disponibles se muestra la Tabla B-3del Felder, que entrega las presiones de vapor del agua enfuncin de la temperatura.

Ecuacin de Clausius-Clapeyron.

Grficas de Cox.

Ecuacin de Antoine.

Ecuacin de Riedel, Planck y Miller


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3/47

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10

Ecuacin de Antoine

CTB

A)Plg( V +=

CTB

A)Pln( V +=

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Problema (N7 Cap7). Utilizando la ecuacin de Antoineestimar la presin de vapor de la acetona en mm Hg a T =25C.

CTB A)Plg( V +

=

Desde la tabla de las constantes de Antoine para laacetona:

A B C7.02447 1161.0 224

[ ]mmHg23010P 224250.116102447.7

v ==

+

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Ecuacin de Riedel, Planck y Miller

[ ]3RR2RR

V )T1)(T(3KT1TG

)(Pln ++=

2bRbR

bR

)T1)(T3(

T1Gh

K+

= h4605.04835.0G +=

bRCbR

T-1)ln(PT

h

= Cb

bR TT

T =

Esta ecuacin se adapta bien a la mayora de los casos deinters practico. No entrega buenos resultados parasustancias muy polares.

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Ecuacin de Antoine

Ecuacin de Antoine

Ecuacin de DIPPR

Ecuacin de Gauss

Ecuacin de Riedel

Ec de Gomez-Thodos

Ecuacin de Miller 16

Cuando un gas puro o mezcla gaseosa se encuentra encontacto con un lquido, el gas adquiere cierta cantidad devapor del lquido. Si este contacto se mantiene durante unintervalo de tiempo considerable, se logra el equilibrio,despus de lo cual la presin parcial del vapor iguala ala presin de vapor del lquido a la temperatura delsistema.

)T(PP vapor parcial =

5.2 Sistemas Gas-Vapor 5.2 Sistemas Gas-Vapor


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Considerando un sistema que contiene inicialmente aire secoa 75C y 1 atm, al cual se le agrega agua lquida.

Inicialmente la fase gaseosa no contienevapor de agua por lo que su presin parcial.

A medida que pasa el tiempo las molculas

comienzan a evaporarse y su fraccin molaren la fase gaseosa comienza aumentar.

0P )agua(P =

PyP )agua()agua(P =

Air eT=75C

P=1 atm

Agu a(li q)

Ai re + vapo r

Agu a(li q)

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La fraccin molar del agua en la fase

gaseosa aumenta hasta el momento en quela velocidad de evaporacin del agua seiguala a la velocidad de condensacin.Desde este momento no hay cambio en lacantidad o composicin de las fases.

Alcanzada estas condiciones se dice que lafase gaseosa se encuentra saturada conagua.

)T(PP V)agua(P =

Air e + vapo r

Agu a(liq )

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SaturadoSaturado

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P parcial

Tiempo

Aqu el sistemaalcanza el equilibrio

P V (T)

)T(PP Vparcial =

Una vez que se alcanza el equilibrio, ya no se vaporiza unacantidad neta de lquido hacia la fase gaseosa. En estascondiciones, se dice que el gas esta saturado con dicho

vapor a la temperatura y presin del sistema (en equilibrio).


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Ejemplo. Cul es la cantidad mnima de m 3 de aire seco a20 C y 738 mm Hg que se requieren para evaporar 5.94 kgde alcohol etlico, si la presin total permanece constante a738 mm Hg? Asuma proceso isotrmico.

5.94 kg dealcohol

Aire a 20C y738 mm Hg

Mezcla aire-alcohol a20C y 738 mm Hg

B.C.: 5.94 kg de alcohol.

La mnima cantidad de aire se obtiene cuando la mezclaaire-alcohol sale saturada. Cualquier otra condicin desaturacin parcial a la salida requerir una mayor cantidadde aire para evaporar el alcohol.

)C20(PPyP v(alcohol)alcohol)alcohol(p == 22

La presin de vapor del alcohol la determinamos porintermedio de la ecuacin de Antoine.

CTB - APlg v +

=

Las constantes de la ecuacin de Antoine para el Alcoholetlico son:

222.65Cy1554.3B ,04494.8 A ===

[ ]Hgmm6.4310P65.22220

3.155404494.8

v ==

+

[ ][ ]

059.0Hgmm738Hgmm6.43

P)C20(P

y valcohol ===

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Desde la tabla de propiedades fsicas obtenemos el PM delalcohol que es 46.07.

[ ] [ ]

[ ]

[ ]molkg0585.21289.01847.2n

1847.2059.0

molkg1289.0yn

n

molkg1289.0

mol-kgkg

07.46kg94.5n

secoaire

alcohol

alcoholmezcla

alcohol

==

===

==

Luego, en la salida tenemos:

mezclaalcoholalcohol nyn =

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Considerando valida la ecuacin de los gases ideales parael aire seco a la entrada:

[ ] [ ]

[ ] [ ][ ][ ]3

3

m51V

Hgmm760atm1

Hgmm738

K273.15)(20Kmol-kg

atmm0.08206molkg0585.2

V

PnRT

V

=

+

=

=


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El mecanismo de evaporacin de un lquido depende delos valores relativos de la presin de vapor del lquido y

la presin total del sistema. Si P v < P la evaporacin seproduce por transferencia de las molculas de lasuperficie del lquido al gas que se encuentra porencima, mientras que si P v = P se forman rpidamenteburbujas de vapor en todo el lquido, es decir el lquidohierve. La temperatura a la cual P v = P es la temperaturade ebullicin del lquido.

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A menudo, el tiempo de contacto requerido entre el gas yel lquido para alcanzar el equilibrio es demasiado grandey el gas no se satura completamente. Como consecuenciatendremos que la presin parcial del vapor es menor quela presin de vapor del lquido a la temperatura delsistema. A estas condiciones se le denomina sobrecalen-tamiento o saturacin parcial.

)T(PP vapor parcial

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