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Universidad de Pamplona Pamplona - Norte de Santander - Colombia Tels: (7) 5685303 - 5685304 - 5685305 - Fax: 5682750 - www.unipamplona.edu.co
CALOR DE VAPORIZACIÓN DEL AGUA
Carvajal Mogollón Laura Vanessa; Flórez González Oscar Ramiro; León López Luis Camilo Universidad de Pamplona, Facultad de Ingenierías y Arquitectura, Departamento de Ingeniería Ambiental, Civil y Química, Programa de Ingeniería Química. Pamplona, Norte de Santander mayo de 2016
RESUMEN Con el fin de determinar el calor de vaporización de agua a presión atmosférica, se realizó un montaje para la producción de vapor. Este vapor producido era inyectado dentro del calorímetro, registrando las temperaturas dentro del mismo hasta que esta se estabilizaba. Momento en el cual todo el vapor se había condensado. Durante la experiencia se utilizó agua del grifo. PALABRAS CLAVE Calor de vaporización, Temperatura, Calorímetro. Abstract For the determination of the vaporization heat of the water at atmospheric temperature, was used a setup for the production of steam. The steam was injected into the calorimeter, taking temperatures until all the steam was condensed, determined for the stabilization of the temperature. For this experience was used tap water. KEYWORDS Vaporization Heat, Temperature, Calorimeter.
Una universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral
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INTRODUCCIÓN La entalpía de vaporización es un proceso físico muy importante con muchas aplicaciones a la física, la química y la biología. Termodinámica define la entalpía de vaporización (VH) como la energía que tiene que ser suministrada al sistema con el fin de completar la transformación de fase líquido-vapor. La energía se absorbe a presión y temperatura constante. La energía absorbida no sólo aumenta la energía interna del sistema (U), pero también se utiliza para el trabajo externo de la expansión (w). La entalpía de vaporización es
v H=v U + v W
(1)
El trabajo de la expansión en la vaporización es
vW =P(Vv−Vl ) (2) donde P es la presión, VV es el volumen del vapor, y VL es el volumen del líquido.(1) Según el NIST el valor teórico para calor de vaporización del agua a presión atmosférica. (2)
METODOLOGIA EXPERIMENTAL PROCEDIMIENTO Se adicionó al calorímetro en el primer intento 183,59 mL, en el segundo intento 195,8 mL y en el tercer intento 168,44mL de agua de grifo a temperatura ambiente. Se tapó el recipiente y se tomaron lecturas de temperatura con el sensor LM35 cada 15 segundos durante 5 minutos. A continuación, se generó vapor de agua, la cual se introdujo al calorímetro, donde se obtuvo una variación de temperatura de 5 °C, se retiró el generador de vapor del calorímetro y se tomaron otras lecturas de temperatura durante 7 minutos más.
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RESULTADOS CALCULOS PARA EL INFORME
Determine, por medio de la gráfica, la temperatura inicial T1 y la temperatura final T2. Como se conoce la capacidad calorífica del calorímetro, puede calcular el calor que ha cedido el vapor al agua líquida. Calcule la cantidad de calor involucrado en el cambio de fase y exprese el calor por gramo y mol de sustancia. Compare el valor obtenido con los que puede encontrar en la literatura.
CÁLCULOS Primer intento Peso calorímetro vacío (g)
148,75
peso calorímetro con agua (g) peso después de agregar vapor al calorímetro (g) Masa de agua que entró al calorímetro como vapor (g)
332,34 335,79 3,45
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Tiempo vs Temperatura 31 29 27 25
Temperatura 23 21 19 17
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Tiempo
Gráfica 1. Temperatura en función del tiempo ensayo 1
Segundo intento Peso calorímetro vacío (g) peso calorímetro con agua (g) peso después de agregar vapor al calorímetro (g) Masa de agua que entró al calorímetro como vapor (g)
148,75 344,55 348,87 4,32
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Temperatura vs Tiempo 31 29 27 25
Temperatura 23 21 19 17
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500
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Tiempo
Gráfica 2. Temperatura en función del tiempo ensayo 2
Tercer intento Peso calorímetro vacío (g)
148,75
peso calorímetro con agua (g) peso después de agregar vapor al calorímetro (g) Masa de agua que entró al calorímetro como vapor (g)
317,19 320,89 3,7
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Temperatura vs Tiempo 31 29 27 25
Temperatura 23 21 19 17
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Tiempo
Gráfica 3. Temperatura en función del tiempo ensayo 3
Q ganado =m agua fría∗∗( T equilibrio−T fría ) (1) Q cedido =mcondensada∗∗( T equilibrio−T vapor ) (2)
Q calorímetro =C calorímetro (T equilibrio−T fría ) (3) Q ganado+Q cedido+ Q Calorímetro +Q condensación=0(4 )
Q vaporización=−Q condensación( 5) Hv experimental =
Q vaporización (6) m condensada
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ENSAYO m condensada [g] m agua fría [g] T vapor [°C] T fría [°C] T equilibrio [°C] Q ganado [cal] Q cedido [cal] Q Calorímetro [cal] Q vaporización [cal] Hv experimental [cal/g] Hv teórica [cal/g] % error
1
2
3
3,45
4,32
3,7
183,59
195,8
168,44
92
92
92
21,883
22,1914
22,0886
28,565
29,3874
29,2846
1226,7484
1408,9768
1212,0942
-218,8508
-270,4864
-232,047
85,7227
92,3168
92,3168
1093,6203
1230,8071
1072,364
316,9914
284,9091
289,8281
539,4359
539,4359
539,4359
0,4124
0,4718
0,4627
HV [cal/g]
297,2429 ±17,2787
se calculó la entalpia de vaporización mediante las ecuaciones (1-6) para cada uno de los casos estudiados
mediante el peso molecular del agua (18g/mol) y la relación 1kcal= 4,18kJ ensayo Hv [kJ/mol] Hv teórica kJ/mol] % error Hv [kJ/mol]
1 23,8733
2 21,4366
3 21,8067
40,65 41,27%
40,65 47,27% 22,3722±1,3130
40,65 46,36%
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RESUMEN Con el fin de determinar el calor de vaporización de agua a presión atmosférica, se realizó un montaje para la producción de vapor. Este vapor producido era inyectado dentro del calorímetro, registrando las temperaturas dentro del mismo hasta que esta se estabilizaba. Momento en el cual todo el vapor se había condensado. Durante la experiencia se utilizó agua del grifo. PALABRAS CLAVE Calor de vaporización, Temperatura, Calorímetro. Abstract For the determination of the vaporization heat of the water at atmospheric temperature, was used a setup for the production of steam. The steam was injected into the calorimeter, taking temperatures until all the steam was condensed, determined for the stabilization of the temperature. For this experience was used tap water. KEYWORDS Vaporization Heat, Temperature, Calorimeter.
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INTRODUCCIÓN La entalpía de vaporización es un proceso físico muy importante con muchas aplicaciones a la física, la química y la biología. Termodinámica define la entalpía de vaporización (VH) como la energía que tiene que ser suministrada al sistema con el fin de completar la transformación de fase líquido-vapor. La energía se absorbe a presión y temperatura constante. La energía absorbida no sólo aumenta la energía interna del sistema (U), pero también se utiliza para el trabajo externo de la expansión (w). La entalpía de vaporización es
v H=v U + v W
(1)
El trabajo de la expansión en la vaporización es
vW =P(Vv−Vl ) (2) donde P es la presión, VV es el volumen del vapor, y VL es el volumen del líquido.(1) Según el NIST el valor teórico para calor de vaporización del agua a presión atmosférica. (2)
METODOLOGIA EXPERIMENTAL PROCEDIMIENTO Se adicionó al calorímetro en el primer intento 183,59 mL, en el segundo intento 195,8 mL y en el tercer intento 168,44mL de agua de grifo a temperatura ambiente. Se tapó el recipiente y se tomaron lecturas de temperatura con el sensor LM35 cada 15 segundos durante 5 minutos. A continuación, se generó vapor de agua, la cual se introdujo al calorímetro, donde se obtuvo una variación de temperatura de 5 °C, se retiró el generador de vapor del calorímetro y se tomaron otras lecturas de temperatura durante 7 minutos más.
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RESULTADOS CALCULOS PARA EL INFORME
Determine, por medio de la gráfica, la temperatura inicial T1 y la temperatura final T2. Como se conoce la capacidad calorífica del calorímetro, puede calcular el calor que ha cedido el vapor al agua líquida. Calcule la cantidad de calor involucrado en el cambio de fase y exprese el calor por gramo y mol de sustancia. Compare el valor obtenido con los que puede encontrar en la literatura.
CÁLCULOS Primer intento Peso calorímetro vacío (g)
148,75
peso calorímetro con agua (g) peso después de agregar vapor al calorímetro (g) Masa de agua que entró al calorímetro como vapor (g)
332,34 335,79 3,45
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Tiempo vs Temperatura 31 29 27 25
Temperatura 23 21 19 17
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Gráfica 1. Temperatura en función del tiempo ensayo 1
Segundo intento Peso calorímetro vacío (g) peso calorímetro con agua (g) peso después de agregar vapor al calorímetro (g) Masa de agua que entró al calorímetro como vapor (g)
148,75 344,55 348,87 4,32
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Temperatura vs Tiempo 31 29 27 25
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Gráfica 2. Temperatura en función del tiempo ensayo 2
Tercer intento Peso calorímetro vacío (g)
148,75
peso calorímetro con agua (g) peso después de agregar vapor al calorímetro (g) Masa de agua que entró al calorímetro como vapor (g)
317,19 320,89 3,7
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Temperatura vs Tiempo 31 29 27 25
Temperatura 23 21 19 17
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Tiempo
Gráfica 3. Temperatura en función del tiempo ensayo 3
Q ganado =m agua fría∗∗( T equilibrio−T fría ) (1) Q cedido =mcondensada∗∗( T equilibrio−T vapor ) (2)
Q calorímetro =C calorímetro (T equilibrio−T fría ) (3) Q ganado+Q cedido+ Q Calorímetro +Q condensación=0(4 )
Q vaporización=−Q condensación( 5) Hv experimental =
Q vaporización (6) m condensada
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ENSAYO m condensada [g] m agua fría [g] T vapor [°C] T fría [°C] T equilibrio [°C] Q ganado [cal] Q cedido [cal] Q Calorímetro [cal] Q vaporización [cal] Hv experimental [cal/g] Hv teórica [cal/g] % error
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195,8
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22,1914
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284,9091
289,8281
539,4359
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HV [cal/g]
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se calculó la entalpia de vaporización mediante las ecuaciones (1-6) para cada uno de los casos estudiados
mediante el peso molecular del agua (18g/mol) y la relación 1kcal= 4,18kJ ensayo Hv [kJ/mol] Hv teórica kJ/mol] % error Hv [kJ/mol]
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