Lab Propiedades Tt2016 i

FACULTAD FACULTAD DE DE INGENIE INGENIER R A

Asignatura:

LABORATORIO LABORATORIO DE PROPIEDADES TERMODINÁMICAS TERMODINÁMICAS Y DE TRANSPORTE Código: 2015721 Créditos: 3 Docente: Ruth Lancheros Dirección electrónica: [email protected] [email protected] Horario de atención: Oficina 210 – LIQ (Edificio 412) Atención: Martes, Miércoles y Jueves 11-12; Viernes: 10-11:30 10- 11:30 1. OBJETIVOS La asignatura permite que el estudiante desarrolle habilidades experimentales y con ellas ponga en consonancia el conocimiento de los principios de la termodinámica, los fundamentos del transporte de fluidos, materia y energía, para diseñar, ejecutar y analizar el resultado de los experimentos de medición de propiedades termodinámicas y de transporte. Así, las acciones de cada estudiante en la preparación, ejecución y evaluación del trabajo experimental deben ser de modo que cada práctica le permita: 1. Comprobar la aplicación de las leyes de la Termodinámica en el análisis de procesos. 2. Determinar las propiedades termodinámicas o de transporte de sistemas en estados de equilibrio homogéneo o heterogéneo. 3. Verificar la utilidad, alcance y restricciones de los modelos de comportamiento para la predicción de propiedades termodinámicas y de transporte de sistemas en equilibrio homogéneo o heterogéneo. 2. METODOLOGÍA El trabajo experimental se desarrolla conformando subgrupos de máximo tres estudiantes. En cada una de las prácticas la planeación, realización, ejecución y análisis del trabajo experimental debe ser consistente con el cumplimiento de objetivos de la práctica y del curso. El subgrupo, en sustentación oral, defiende la propuesta experimental, si el resultado es aprobatorio realiza la experimentación, posteriormente presenta y sustenta el informe escrito crítico de las observaciones y resultados obtenidos. En el desarrollo se debe tener en cuenta que: 1. Las prácticas se realizan en la secuencia establecida al inicio del semestre. 2. La calificación de la asignatura considera todas las etapas del proceso en cada práctica, asignando calificación al preinforme oral, a la presentación y sustentación de los informes y al examen final. 3. La distribución distribuci ón porcentual de la calificación es la siguiente: Componente Elementos Capacitación Laboratorio Evaluación

Distribución calificación/% 5 5

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA DEPARTAMENTO INGENIERÍA QUÍMICA Y AMBIENTAL Programa de Laboratorio de Propiedades termodinámicas y de transporte

Prácticas

Examen final

Preinforme oral Informe escrito Sustentación informe Evaluación escrita Informe práctica final Presentación pública

TOTAL

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25 20 20 10 10 10 100

65

30 100

1. El preinforme oral debe sustentarse en el horario acordado con el profesor, dentro del lapso de ocho días hábiles previos a la realización de la práctica; la sustentación busca precisar la suficiencia conceptual y metodológica para el logro de los objetivos, individual y del grupo; si la calificación global del subgrupo es inferior a tres (3.0), no se podrá realizar la práctica correspondiente. 2. Al finalizar la práctica, al profesor o a la persona encargada como Auxiliar del Laboratorio, se debe entregar copia de los datos obtenidos. 3. El informe escrito debe entregarse un día después de realizar la práctica y debe considerar los siguientes aspectos: objetivos, fundamento teórico, procedimiento experimental, diagrama de los equipos, tabla de datos, muestra de cálculos, tabla de resultados, análisis de resultados, conclusiones, sugerencias, inventario de costos y bibliografía. 4. Además de las prácticas propuestas, está previsto realizar sesiones fuera del laboratorio en las que el profesor evalúa como el grupo realiza trabajo en equipo. 5. El examen final contempla dos aspectos, una evaluación escrita y la realización de una práctica final de mayor alcance que las demás; el tema de la práctica debe ser propuesto por los estudiantes en documento escrito, el cual constituye el preinforme que se debe sustentar. La práctica final, además del informe escrito, requiere la sustentación pública ante por lo menos los demás compañeros y el profesor del grupo. 6. Para el trabajo en el laboratorio es indispensable emplear blusa u overol, gafas y los elementos de protección acordes con la Política de Seguridad del Laboratorio de Ingeniería Química. 7. Se deben manipular reactivos de forma segura y dar buen trato a los materiales y equipos del laboratorio; es indispensable que en caso de rotura de material, éste se restituya a la mayor brevedad para no afectar la realización de prácticas a los demás grupos. 8. El trabajo de laboratorio debe considerar el manejo de sustancias y disposición de residuos en consonancia con la Política Ambiental del Laboratorio de Ingeniería Química. 3. PRÁCTICAS A. PROPIEDADES DE LOS GASES A.1. Relación de calores específicos. (12, 20, 31, 33)

Carrera 30 No. 45-03, FACULTAD DE INGENIERÍA, Edificio Aulas de Ingeniería, Oficina 301 Teléfono (s): 57 (1) 3 16 53 21 Conmutador: 57 (1) 3 16 5000 Extensión: 14053 Telefax: 57 (1) 3 16 53 34 Conmutador: 57 (1) 3 16 5000 Extensión: 14056 Correo electrónico: [email protected] Bogotá Colombia, Sur América


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Objetivo: Determinar el coeficiente adiabático de los gases empleando dos métodos. Requisitos: Primera y segunda leyes de la Termodinámica aplicadas a la expansión

adiabática de los gases. Ecuaciones de estado. Recursos disponibles: Cilindro de cobre provisto de válvulas y manómetro. Recipiente de vidrio provisto de elemento oscilante. Fuente de gas. B. CALORIMETRÍA B.1. Calor de reacción en solución. (4, 6, 9, 16, 23, 33) Objetivo: Determinar el Calor normal de una reacción en solución. Requisitos: Análisis termodinámico y termoquímico del sistema reactivo. Propiedades termodinámicas. Métodos aproximados para la estimación de calores de reacción. Recursos disponibles: Calorímetro isobárico compuesto por vaso Dewar, sistema de agitación y de calentamiento, termómetro, balanza analítica y elementos para volumetría. Ácidos (acético, clorhídrico, nítrico y sulfúrico), álcalis (hidróxidos de sodio y potasio, carbonato de sodio), indicadores (fenolftaleína, naranja de metilo), monómeros (acetato de vinilo, estireno, metilmetacrilato), iniciadores (peróxido de benzoilo, peróxido de hidrógeno, persulfato de potasio), estándar para álcalis (biftalato de potasio) y agua destilada. B2. Calor integral de solución. (4, 6, 9, 16, 23, 33) Objetivo: Determinar el efecto de la composición sobre el calor de solución. Requisitos: Análisis termodinámico del proceso de disolución. Propiedades termodinámicas de las soluciones. Comportamiento ideal y no ideal Recursos disponibles: Calorímetro isobárico compuesto por vaso Dewar, sistema de agitación y de calentamiento, termómetro, balanza analítica y elementos para volumetría, solutos sólidos (cloruros de sodio y potasio, nitratos de sodio y potasio, ácido oxálico), solutos líquidos (ácidos acético, clorhídrico, nítrico y sulfúrico, etanol, metanol) y agua destilada. B.3. Calor de combustión. (1, 5, 6, 16, 23, 33) Objetivo: Determinar el calor normal de combustión de una sustancia orgánica y el poder calorífico de un combustible. Requisitos: Análisis termodinámico de la reacción de combustión isocórica. Comportamiento ideal y no ideal de gases. Recursos disponibles: Calorímetro adiabático compuesto por celda de combustión, sistema de calentamiento y enfriamiento para regulación de temperatura, termómetros, fuente de oxígeno, empastilladora manual, sustancias orgánicas sólidas (ácidos benzoico y oxálico, naftaleno), Sustancias orgánicas líquidas (benceno, etanol, acetatos de etilo y metilo), combustibles líquidos (gasolina, ACPM, fuel oil). C. EQUILIBRIO LÍQUIDO VAPOR C.1. Presión de vapor. (5, 6, 7, 8, 9, 11, 23, 26, 28, 29, 33) Objetivo: Determinar la presión de vapor de una sustancia pura o la presión de burbuja de una solución multicomponente (alternativamente puede ser la de una mezcla multicomponente). Requisitos: Análisis termodinámico de los procesos de vaporización estableciendo relaciones entre propiedades termodinámicas. Regla de las fases de Gibbs y criterios de equilibrio. Comportamiento ideal y no ideal de líquido(s) y del vapor. Carrera 30 No. 45-03, FACULTAD DE INGENIERÍA, Edificio Aulas de Ingeniería, Oficina 301 Teléfono (s): 57 (1) 3 16 53 21 Conmutador: 57 (1) 3 16 5000 Extensión: 14053 Telefax: 57 (1) 3 16 53 34 Conmutador: 57 (1) 3 16 5000 Extensión: 14056 Correo electrónico: [email protected] Bogotá Colombia, Sur América


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Recursos disponibles: Vaporizador de reflujo total provisto de manómetro, termómetro y

sistema de calentamiento, bomba de vacío, etanol, propanol, butanol, ácido acético y agua destilada. C.2. Temperatura de burbuja. (5, 6, 7, 8, 9, 11, 18, 23, 26, 27, 28, 29, 33) O p c i o n a l Objetivo: Determinar la temperatura burbuja de soluciones o de mezclas multicomponentes. Requisitos: Análisis termodinámico del equilibrio líquido vapor, precisando relaciones entre propiedades termodinámicas. Regla de las fases de Gibbs y criterios de equilibrio. Comportamiento ideal y no ideal de líquidos y del vapor. Métodos de análisis de la composición. Recursos disponibles : Vaporizador de reflujo total provisto de tomamuestras. Termómetro y sistema de calentamiento, refractómetro, agua destilada, etanol, propanol, butanol, ácido acético. D. EQUILIBRIO SÓLIDO LÍQUIDO D.1. Sólido líquido eutéctico. (5, 6, 7, 8, 9, 11, 23, 30, 32, 33) O p c i o n a l Objetivo: Determinar el efecto de la temperatura sobre el equilibrio sólido líquido de sistemas multicomponentes. Requisitos: Análisis termodinámico del equilibrio sólido líquido. Relaciones termodinámicas considerando el comportamiento ideal y no ideal de soluciones. Regla de las fases de Gibbs y criterios de equilibrio. Recursos: Tubos de ensayo, sistemas de calentamiento y enfriamiento, termómetro, balanza analítica, naftaleno, difenilamina, fenol, urea. D.2. Sólido líquido ternario. (5, 6, 7, 8, 9, 11, 23, 30, 32, 33) O p c i o n a l Objetivo: Determinar el efecto de la composición sobre la solubilidad isotérmica de sales con ión común en agua. Requisitos: Análisis termodinámico del equilibrio sólido líquido. Relaciones termodinámicas considerando el comportamiento ideal y no ideal de soluciones. Regla de las fases de Gibbs y criterios de equilibrio. Métodos de análisis de composición. Recursos: Tubos de ensayo, dilatómetros, termostato, balanza analítica, agua destilada, cloruro de sodio, cloruro de potasio, carbonato de sodio, nitrato de sodio, carbonato de calcio. E. EQUILIBRIO LÍQUIDO LÍQUIDO E.1. Miscibilidad parcial. (2, 5, 6, 7, 8, 9, 11, 23, 27, 28, 29, 30, 33, 34) O p c i o n a l Objetivo: Determinar el efecto de la temperatura sobre la solubilidad de sistemas líquidos parcialmente miscibles. Requisitos: Análisis termodinámicos de los procesos de mezcla y solución. Comportamiento de la solución líquida ideal y no ideal. Regla de las fases de Gibbs y criterios de equilibrio. Recursos disponibles: Tubos de ensayo, dilatómetros, termómetro, sistemas de calentamiento y enfriamiento, balanza analítica. Agua destilada, fenol, butanol. E.2. Coeficiente de distribución. (2, 5, 6, 7, 8, 9, 11, 27, 33, 34) O p c i o n a l Objetivo: Determinar el efecto de la composición sobre la distribución de un soluto entre solventes parcialmente miscibles. Requisitos: Análisis termodinámico de los procesos de mezcla y solución. Comportamiento de la solución líquida ideal y no ideal. Regla de las fases de Gibbs y puntos de equilibrio. Métodos de análisis de la composición. Recursos disponibles: Tubos de ensayo, embudos de decantación graduados, termómetros, Carrera 30 No. 45-03, FACULTAD DE INGENIERÍA, Edificio Aulas de Ingeniería, Oficina 301 Teléfono (s): 57 (1) 3 16 53 21 Conmutador: 57 (1) 3 16 5000 Extensión: 14053 Telefax: 57 (1) 3 16 53 34 Conmutador: 57 (1) 3 16 5000 Extensión: 14056 Correo electrónico: [email protected] Bogotá Colombia, Sur América


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sistemas de análisis volumétricos, balanza analítica, agua destilada, ácido acético, fenol, butanol. F. PROPIEDADES DE TRANSPORTE F.1. Viscosidad (10, 13, 24, 27, 28, 29, 33) Objetivo: Determinar la viscosidad de líquidos puros, aceites lubricantes, emulsiones o dispersiones. Determinar pesos moleculares por viscosimetría. Requisitos: Comportamiento reológico de los fluidos, efecto de la temperatura y composición sobre la viscosidad. Ecuación de Stokes. Viscosidad relativa. Viscosidad intrínseca. Recursos disponibles: Reómetro, Viscosímetro Saybolt, Viscosímetro Ostwald, Viscosímetro Ubbelhode. Termostato. F.2. Conductividad calorífica (14, 17, 19, 21, 24, 25, 27, 28, 29, 37) Objetivo: Determinar la conductividad calorífica de un material sólido. Requisitos: Balance de energía, mecanismos de transferencia de calor. Efecto de temperatura y composición sobre la conductividad calorífica. Recursos disponibles: Equipo para la medición de conductividad calorífica de materiales sólidos, provisto con: sistema de calentamiento, sistema portamuestra, sistema de medición de temperatura con termocuplas, sistema de regulación de voltaje. F.3. Coeficiente de difusividad (3, 15, 24, 27, 28, 29, 36, 38) Objetivo: Determinar el coeficiente de difusión de un vapor a través de fase gaseosa estancada. Requisitos: Fundamentos del transporte de masa. Recursos disponibles: Celda de Arnold, termostato, dehumificador de aire, termómetro de líquido, termocupla, catetómetro. G. PRÁCTICA FINAL Práctica constitutiva del examen final del curso, de temática libre, con la que cada subgrupo apropia conocimiento en temas de su interés, contribuye con la ampliación del campo experimental del laboratorio y demuestra logro de los objetivos del curso. 4. PROGRAMACIÓN DE PRÁCTICAS - SEMESTRE 2016-1 ________________________________________________________________________ Tabla 1: Cronograma de la realización de prácticas del semestre I de 2016

SUBGRUPO Semana

FECHA

1

2

3

4

1 2

Febrero 1-6 Febrero 8-13

I

I

I

I

3

Febrero 15-20

MI

MI

MI

MI

4

Febrero 22-27

A1

B1

B3

C1



5

Feb 29-Marzo 5

B1

B3

C1

A1

6

Marzo 7-12

B3

C1

A1

B1

7

Marzo 14-19

C1

A1

B1

B3

8

Marzo 21-26

SS

SS

SS

SS

9

Marzo 28-Abril 1

TG

TG

TG

TG

10

Abril 4-8

F1

F2

F3

C2/D/E

11

Abril 11-15

F2

F3

C2/D/E

F1

12

Abril 18- 22

F3

C2/D/E

F1

F2

13

Abril 25-29

C2/D/E

F1

F2

F3

14

Mayo 2-6

TG

TG

TG

TG

15

Mayo 9-13

G

G

G

G

16

Mayo 16-20

G

G

G

G

17

Mayo 23-27

EE

EE

EE

EE

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JUNIO 3 Hora: 5 p.m.. Plazo máximo para las notas en el SIA

(*) (**)

18 I: Sesión introductoria, MI: Medición de incertidumbres, SS: Semana Santa TG: Sesión de trabajo en grupo, G: Práctica Especial EE: Evaluación escrita Los subgrupos deberán definir la práctica final máximo en la NOVENA SEMANA del semestre

5. BIBLIOGRAFIA 1. ASTM STANDARDS, “Heating Value of Liquid Fuels”, ASTM (1975). 2. BALZHISER R.E., SAMUELS M.R. ELIASSEN J.D., “Termodinámica Química para Ingenieros”, Prentice Hall , México (1974). 3. BETANCOURT R., “Guías de laboratorio de Operaciones Unitarias III”, Universidad Nacional de Colombia , Manizales (2001). 4. CAMACHO O., “Diseño, construcción y montaje del equipo para las prácticas de Calor de reacción i ónica y de disolución”, Facultad de Ingeniería, U.N. , Bogotá (1975). 5. CASTELLAN G.W., “Physical Chemistry”, Addison Wesley Pub. Reading , Massachusetts (1971). 6. DANIELS F.D., ALBERTY R.A., “Experimental Physical Chemistry”, Mc Graw-Hill Book Co., New York (1970). 7. FERGUSON F.D., JONES T.K., “La Regla de las Fases”, Editorial Alhambra, Madrid (1968). 8. FINDL AY A., “The Phase Rule and its Applications”, Dover Publications Inc. , New York (1951). 9. FINDLAY A., KITCHENER J., “Prácticas de Fisicoquímica”, Editorial Médico Quirúrgica, Buenos Aires (1955). 10. FOX R., “Introducción a la mecánica de fluidos”, Mc Graw-Hill Book Co. , 2da. edición (1995).



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