Informe Final Componente Practico

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA

INFORME

PRACTICA DE LABORATORIO

BALANCES MASICOS Y ENERGETICOS DE PROBLEMAS AMBIENTALES

Presentado por:

MARIA EUGENIA OSSA LOPEZ Cód. 66.833.153

HELMER CAICEDO CUERO Cód.10.388.556

JUAN CARLOS HINESTROZA Cód. 10.386.776

OSCAR SUAREZ Cód.

Tutora componente práctico

LILIANA ROCIO BELTRAN ACEVEDO

Tutora virtual

JANET BIBIANA GARCIA

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD

OCTUBRE DE 2014


MARCO TEORICO

Cuando se tienen transformaciones de materia y de materia en energía se habla de procesos complejos en los que es necesario realizar balances de masa energía. Para procesos tales como la destilación, evaporación, filtración y otros se requiere efectuar balance de materia como una forma de controlar el proceso realizado.

El balance de materia de una reacción química se basa en la ley de la conservación de la materia, la cual fue enunciada por Antoinne Lavoisssier. “La suma de las masas de las sustancias reaccionantes es igual a la suma de las masas de los productos”. La materia no se crea ni se destruye, sólo puede ser transformada.

Dalton, Gay-Lussac y Avogadro proporcionan la base lógica para la aceptación de la existencia de átomos en trabajos efectuados con datos experimentales reunidos en postulados relativos a su naturaleza, mismo que consistían en relaciones cuantitativas basadas en el preso (considerando como una propiedad inherente al átomo), demostrando que:

• Existen átomos indivisibles.• Átomos de distintos elementos poseen distinto peso.• Los átomos se combinan según distintas relaciones de número enteros (pequeños) para formar compuestos.• Estos postulados, que no eran completamente ciertos sentaron bases para el estudio de la estequiometria.

En 1905, Albert Einstein demostró en su teoría de la relatividad especial que la masa y la energía son equivalentes. Como consecuencia, las leyes de conservación de la masa y de la energía se formularon de modo más general como ley de conservación de la energía y masa totales. La Ley de Conservación de la masa puede considerarse válida en las reacciones químicas (donde los cambios de masa correspondientes a la energía producida o absorbida no son mesurables), pero no se cumple en las reacciones nucleares, donde la cantidad de materia que se convierte energía es mucho mayor.

CONSERVACIÓN DE LA MATERIA

Una de las leyes básicas de la física es la ley de la conservación de la masa. Esta expresa en forma simple que la masa no puede crearse ni destruirse solo transformarse, por consiguiente la masa total de todos los materiales que entran en un proceso debe ser igual a la masa total de todos los materiales que salen del mismo, más la masa de los materiales que se acumulan o permanecen en el proceso.

Entradas = Salidas + Acumulación

Expresado en otras palabras, “lo que entra debe de salir”. A este tipo de sistema se le llama proceso de estado estable.

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIAPRACTICA No. 1

BALANCE DE MATERIA SIN REACCION QUIMICA

BALANCE MACROSCOPICO DE MATERIA EN REGIMEN NO ESTACIONARIO.

Un reactor continuo de tanque agitado es, básicamente, un recipiente por el que circula un caudal de fluido m, y en cuyo seno el fluido se encuentra perfectamente agitado de manera que, en un momento dado, todos los puntos del mismo poseen idénticas propiedades, variando estas con el tiempo.

MATERIALES Y REACTIVOS

Materiales

ITEM MATERIAL CARACTERÍSTICA CANTIDAD1 Probeta 100 ml 12 Probeta 50 ml 13 Tanque Agitado 14 Entrada de Fluido 15 Llave de Paso salida de

Fluido1

6 Llave de vaciado 17 Vaso de precipitado 25 ml 18 Agitador Magnético 19 Electrodo de

conductímetro1

10 Conductímetro 111 Imán

Reactivos

ITEM REACTIVO CARACTERÍSTICA FORMULA1 Cloruro de sodio Sal común, solido incoloro,

cristalino, soluble en agua y muy poco soluble en etanol. Está formado por un átomo de sodio y un átomo de cloro

NaCl

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIAMetodología:

1. Se debe diseñar un reactor continuo de tanque agitado cuyo volumen sea de 400 ml, con los materiales con que cuenta el laboratorio. Sobre el reactor debe circular un caudal constante de agua.

2. Preparar curva de calibración de conductividad (cond) vs. Concentración ( C ) de NaCl.

3. Preparar un litro de solución para cada una de las siguientes concentraciones de cloruro de sodio: 90 g/l. 180 g/l

4. Colocar 3 litros de la primera solución en el tanque y comenzar a agitar. Realizar la lectura de conductividad.

5. Hacer fluir agua destilada a través del tanque agitado y tomar lecturas de conductividad cada minuto hasta que la conductividad sea estable.

6. Elaborar una tabla que recoja la variación de la concentración de sal con tiempo.

Entrada de fluidoLlave de paso salid de

Fluido

Tanque agitado

Imán

Agitador magnético

Llave de Vaciado

Vaso de precipitado de 25 ml Conductímetro

Electrodo del conductímetro


DIAGRAMA DE FLUJO

Graficar –ln C sal Vs. T. Explicación

Análisis de fuentes de error

Calibración de Conductividad

Vs. Concentración

Hacer una tabla sobre la variación de concentración de sal con el tiempo

Lecturas de conductividad us/cmRepetir las dos concentraciones que faltan y

del proceso del cuadro 5.

Lecturas de conductividad us/cmRepetir el proceso cambiando el caudal del agua en una misma concentración del NaCl

Lecturas de conductividad us/cmFluir agua destilada al tanque agitado y

realizar lecturas cada 60 segundos, llegar a una conductividad estable

Primera lectura de conductividad us/cmAdicionar ml a la primera solución en el tanque y agitar

1 L de solución para concentraciones de cloruro de sodio NaCl x 90 g/l; 180 g/l.

Caudal de entrada y salida

BALANCE MACROSCÓPICO DE MATERIA EN RÉGIMEN NO ESTACIONARIO


Tabla 1

MUESTRA DE 90 gr.TIEMPO CONDUCTIVIDAD Us/cm

0 504011 320532 177883 115144 88145 58366 48217 35168 17739 1448

10 1236,611 840,712 563,913 469,714 42615 307,716 252,617 225,218 195,519 181,520 169,421 15722 148,7

Tabla 2

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIAMUESTRA DE 180 gr.

TIEMPO CONDUCTIVIDAD Us/cm0 672071 510672 353123 252184 198035 144236 86057 66778 55269 4081

10 295611 205012 149013 115014 859,515 638,516 49817 381,718 320,419 263,420 227,921 202,522 183,823 171,224 160,425 153,626 148,3

Conductividad del agua 135,3

7. Graficar – In C sal vs t. Explicar el valor de la pendiente y el intercepto.

Grafica 1.


1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 230

10000

20000

30000

40000

50000

60000

In C 90 g/l sal vs. t.

TIEMPO CONDUCTIVIDAD Us/cm

Grafica 2

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 270

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

In C 180 g/l sal vs. t

TIEMPOCONDUCTIVIDAD Us/cm

TIEMPO

CON

DUCT

IVID

AD -

CON

CEN

TRAC

ION

DE

SAL

8. Analizar las fuentes de error en la experimentación.

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIAa. Una de las posible es fuentes de error está en que el caudal de agua al ingresar

no es igual al que sale.b. La entrada del tanque no es igual a la salida.c. La agitación en el primer proceso no tiene la misma constante que la primerad. Agentes externos intervienen en el proceso de agitación

Registro Fotográfico

PRACTICA No. 2 BALANCE DE MATERIA CON REACCIÓN QUÍMICA


CLASIFICACION DE REACCIONES QUIMICAS

MATERIALES Y REACTIVOS

Material característica Cantidad

Tubo de ensayo De 1 ml resistente al calor

7

Gotero manual 7

Mechero ________________ 1

pinzas ________________ 1

Ácido sulfúrico 95- 98% 5 gotas

Fenolftaleína Revelador 1 gota

Hierro 25% 0.1 g

Cobre solido 0.1 g

Ferrocianuro de potasio

37% 3 gotas

Amoniaco 25% 3 gotas

Clorato de potasio

42% 4 gotas

Hidróxido de sodio

32% 3 gotas

Hidróxido de sodio

32% 3 gotas

Cloruro de bario 95.98% 5 gotas

Ácido clorhídrico 25% 4 gotas

Nitrato de plata ________________ 0.1 g

Cloruro férrico _______________ 0.1g

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIASulfato de cobre solido 0.1 g

Metodología:

Tomamos 7 tubos de ensayo, rotulamos y en cada uno de ellos vamos a verter cada uno de los reactivos según indica la tabla.

REACCION REACTIVO A REACTIVO B

RESULTADO DE LA REACCION

1 Ácido Sulfúrico + 1 Gota de Fenolftaleína

Hidróxido de Sodio

La fenolftaleína es un indicador de p H que en disoluciones ácidas permanece incoloro, pero en presencia de bases toma un color rosado con un punto de viraje entre pH=8,0 (incoloro) a pH=9,8 (magenta o rosado).

2 Solución Anterior ( Ácido Sulfúrico )

Cloruro de Bario

Si se agrega ácido sulfúrico con cloruro de bario se obtiene sulfato de bario y ácido clorhídrico. Es una reacción de doble desplazamiento. H2SO4 (ac) + BaCl2 (ac) ---> BaSO4 (s) + 2 HCl (ac) ácido + sal ----> sal + ácido El sulfato de bario (BaSO4) es insoluble. (ac) = solución acuosa (s) = sólido

3 Hierro Ácido Clorhídrico

La sustancia burbujea y desprende hidrogeno, en menor escala no se nota casi el proceso.

4 Cobre Nitrato de Plata

No se trata de una reacción de sustitución sino de una reacción de oxidacion-reducion donde se produce un cambio de electrones entre la plata y el cobre, por lo que si es verdad, que la varilla de cobre se recubriría de iones plata. El nitrado de plata en disolución se comporta como un electrolito: AgNO3 ---> Ag+ + NO3- Cu(solido) + 2e ----> Cu2+ 2* (Ag+ ---> Ag(solido) +1e) _+______________________________ 2Ag+ + Cu(solido) --->Cu2+ + Ag(solido) 2AgNO3 + Cu ---> Cu(2+) + Ag(solido) La coloración azul de la disolución, esta

http://es.wikipedia.org/wiki/PH

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIAproporcionada por el ion Cu2+ que se encuentra en disolución. Y la plata en forma solida es la que se deposita en la varilla.

5 Ferrocianuro de Potasio

Cloruro Férrico

Forma compuestos ferrosos en los que actúa con valencia +2 y férricos en los que tiene valencia +3. Los compuestos ferrosos se oxidan fácilmente a férricos. El más importante compuesto ferroso el es sulfato ferroso (FeSO4), llamado vitriolo verde; normalmente se presenta en cristales de color verde pálido hidratados con siete moléculas de agua y se usa como un mordiente en el teñido, como medicina en tónicos y en la fabricación de tinta y pigmentos. El óxido férrico, un polvo rojo amorfo, se obtiene por tratamiento de sales férricas con una base o por oxidación de la pirita. Se usa como pigmento, conocido como rojo hierro o rojo Veneciano; como un abrasivo para pulir y como medio magnetizable sobre discos y cintas magnéticas. El cloruro férrico, cristales brillantes de color verde oscuro, se obtiene calentando hierro en cloro, se usa en la medicina como una solución alcohólica llamada tintura de hierro. Los iones ferroso y férrico se combinan con el cianuro para formar compuestos complejos de cianuro. El ferrocianuro férrico (Fe4 [Fe (CN)6]3), azul oscuro, sólido amorfo formado por la reacción de ferrocianuro de potasio con una sal férrica, se llama azul Prusia. Se usa como pigmento en la pintura y en lavandería para corregir el matiz amarillento que dejan las sales ferrosas enel agua. El ferrocianuro de potasio (K3Fe(CN)6), se obtiene a partir del ferrocianuro ferroso (Fe3 [Fe(CN)6]2) y se usa en procesar papel de copia. El hierro también experimenta reacciones fisicoquímicas con el carbono que son esenciales en la formación de acero.

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA6 Amoniaco Sulfatado de

CobreEl precipitado verde azulado claro que se obtiene es la sal básica del sulfato de cobre.

Al continuar añadiendo amoníaco se forma el ion complejo 2Cu(NH3)4

2+ que da lugar al color azul muy intenso.

7 Clorato de Potasio + Calor

Al aplicar calor al clorato de potasio (KClO3, la molécula se descompone en otras moléculas más sencillas, obteniendo oxígeno gaseoso (O2 y cloruro de potasio sólido (KCl).

La sustancia se vuelve liquida a alta temperatura, cuando regresa a temperatura ambiente toma su forma original.



PRACTICA No. 3

BALANCE DE ENERGIA

MATERIALES

ITEM MATERIAL CARACTERÍSTICA CANTIDAD1 Vaso de Precipitado 12 Recipiente resisten al

calorMetálico 1

3 Mechero 14 Termómetro 15 Balanza 1

COMBUSTIBLE

Gasolina 5 grDiesel 5 grEtanol 5 gr

VALORES A DETERMINAR

Peso del Vaso de PrecipitadoPeso del aguaTemperatura ambiente del aguaTemperatura después de proceso de calentamientoTiempo evaporación del combustibleCantidad de sustancia evaporada

Se debe realizar el balance de masa y energía Se debe calcular la masa de agua perdida por evaporación

Etanol

Peso del vaso 59,58 gr

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIAAgua 50 gr

Peso total 109,58 gr

Masa del agua 109,15 – 59,58 = 49,57

CombustibleEtanol 5grTempera agua antes de proceso 23ºC

Temperatura del agua después de proceso 36ºCTiempo de evaporación Etanol 1’ 44”

Agua evaporada 0,43 gr

Gasolina

Peso del vaso 48,04 grAgua 50 gr

Peso total 98,04gr

Masa del agua 97,67 – 48,04 = 49,63

CombustibleGasolina 5grTemperatura del agua antes del proceso 23ºCTemperatura del agua después del proceso 38ºCTiempo evaporación del agua 4’ 59”

Agua Evaporada 0,37gr

Diesel

Peso del vaso 59,51 grAgua 50 gr

Peso total 109,51gr

Masa del agua 107 – 59,51 = 47,49

CombustibleDiesel 5gr

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIATemperatura del agua antes del proceso 23ºCTemperatura del agua después del proceso 65ºCTiempo evaporación del agua 7’ 55”

Agua Evaporada 2,51gr


CONCLUSIONES

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIALa cantidad de alcohol quemado depende mucho de la longitud de la mecha. En la superficie de la mecha de algodón se evapora el alcohol y este alcohol evaporado es el que se quema.

La mecha está impregnada en alcohol que enfría la mecha al evaporarse y ésta apenas se quema.

A mayor longitud de mecha mayor evaporación y mayor calor obtenido la densidad del agua y el aumento de temperatura, podremos calcular el calor de combustión del etanol y a partir de él la entalpía molar de combustión


BIBLIOGRAFÍA

Jiménez, O. (2013). Balance Másico y Energético en Problemáticas Ambientales. Módulo didáctico. Bogotá: Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD.

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