Republica Bolivariana de Venezuela Venezuela Ministerio del Poder Popular para la Educación Universitaria Instituto Universitario de Tecnología de Cabimas I!U!T!C" Unidad Curricular# Principios $nalizadores
$nalizador de Punto de Ebullición
Cabimas % Edo! &ulia 'E($RR)**) Variable Temperatura Todas las substancias están compuestas de pequeñas partículas denominadas moléculas, que se encuentran en continuo movimiento. Cuanto más rápido es el movimiento de las moléculas, mayor es la temperatura del cuerpo. Por Lo tanto podemos defnir a la temperatura como el grado de agitacin térmica de las moléculas. !n el campo de instrumentacin, procesos industriales, químicos, petroquímicos, sider"rgicos, cerámico, #armacéutico, alimenticio, papel y celulosa, $idroeléctrico, nuclear, etc. el monitoreo de la variable temperatura, es #undamental para la obtencin del producto fnal especifcado.
Instrumentos de medición para determinar la temperatura •
•
•
Pirómetro, dispositivo capa% de medir la temperatura de una sustancia sin necesidad de estar en contacto con ella. !l término se suele aplicar a aquellos instrumentos capaces de medir temperaturas superiores a los &'' grados celsius. !l rango de temperatura de un pirmetro se encuentra entre ()' grados celsius $asta *+''' grados celsius. na aplicacin típica es la medida de la temperatura de metales incandescentes en molinos de acero o #undiciones. Una termocupla tambi+n llamado termopar" es un transductor #ormado por la unin de dos metales distintos que produce una di#erencia de potencial muy pequeña -del orden de los milivoltios que es #uncin de la di#erencia de temperatura entre uno de los e/tremos denominado 0punto caliente1 o 0unin caliente1 o de 0medida1 y el otro llamado 0punto #río1 o 0unin #ría1 o de 0re#erencia1 -e#ecto 2eebec3. El termómetro el cuál signifca 4caliente4 y metro, 4medir4 es un instrumento de medicin de temperatura. 5esde su invencin $a evolucionado muc$o, principalmente a partir del desarrollo de los termmetros electrnicos digitales. 6nicialmente se #abricaron aprovec$ando el #enmeno de la dilatacin, por lo que se pre#ería el uso de materiales con elevado coefciente de dilatacin, de modo que, al aumentar la temperatura, su estiramiento era #ácilmente visible. !l metal base que se utili%aba en este tipo de termmetros $a
sido el mercurio, encerrado en un tubo de vidrio que incorporaba una escala graduada.
$plicaciones de la Temperatura !n las calderas para produccin de vapor en industrias te/tileras, de alimentos, y se considera una e/traccin del calor de unos tubos de #uego que evaporan el agua y ese vapor va a calentar líquidos, o sea que es un proceso e/otermico(endotermico. La aplicacin doméstica por e/celencia para la energía solar térmica es el calentamiento de agua mediante paneles solares térmicos, con los que se calienta el agua de consumo doméstico. 7tra aplicacin usual es la cale#accin con suelo radiante -tubos de agua caliente instalados deba8o del suelo de la vivienda que desprenden calor y calientan las estancias. !stas aplicaciones domésticas están muy e/tendidas.
Punto de Ebullición# La defnicin #ormal de punto de ebullicin es aquella temperatura en la cual la presin de vapor del líquido iguala a l a presin de vapor del medio en el que se encuentra. Coloquialmente, se dice que es la temperatura a la cual la materia cambia del estado líquido al estado gaseoso. !s decir que el punto de ebullicin es cuando calentamos un líquido, la temperatura va aumentando y se produce un burbu8eo. !n este punto la temperatura permanece constante, y normalmente decimos que el líquido está $irviendo o bullendo y pasa a la #orma de gas9 es decir, se evapora. La temperatura de una sustancia o cuerpo depende de la energía cinética media de las moléculas. : temperaturas in#eriores al punto de ebullicin, slo una pequeña #raccin de las moléculas en la superfcie tiene energía sufciente para romper la tensin superfcial y escapar. !ste incremento de energía constituye un intercambio de calor que da lugar al aumento de la entropía del sistema -tendencia al desorden de las partículas que componen su cuerpo. !l punto de ebullicin depende de la masa molecular de la sustancia y del tipo de las #uer%as intermoleculares de esta sustancia. Para ello se debe determinar si la sustancia es covalente polar, covalente no polar, y determinar el tipo de enlaces -dipolo permanente ( dipolo inducido o puentes de $idrgeno. !l punto de ebullicin no puede elevarse en #orma indefnida. Con#orme se aumenta la presin, la densidad de la #ase gaseosa aumenta $asta que, fnalmente, se vuelve indistinguible de la #ase líquida con la que está en equilibrio9 ésta es la temperatura crítica, por encima de la cual no e/iste una #ase líquida clara. !l $elio tiene el punto normal de ebullicin más ba8o -(;&<,= >C de los correspondientes a cualquier sustancia, y el carburo de tungsteno, uno de los más altos -)))) >C.
Punto de ,usión# !l punto de #usin es la temperatura a la cual un slido pasa a líquido a la presin atmos#érica. 5urante el proceso de cambio de estado de una substancia pura, la temperatura se mantiene constante puesto que todo el calor se emplea en el proceso de #usin. Por esto el punto de #usin de las sustancias puras es defnido y reproducible, y puede ser utili%ado para la identifcacin de un producto, si dic$o producto $a sido previamente descrito. !n la mayoría de las sustancias, el punto de #usin y de congelacin, son iguales. Pero esto no siempre es así? por e8emplo, el agar(agar se #unde a <) >C y se solidifca a partir de los @A >C a +' >C9 este proceso se conoce como $istéresis. : di#erencia del punto de ebullicin, el punto de #usin de una sustancia es poco a#ectado por la presin y, por lo tanto, pueden ser utili%ados para caracteri%ar compuestos orgánicos y para comprobar su pure%a. !l punto de #usin de una sustancia pura es siempre más alto y tiene una gama más pequeña de variacin que el punto de #usin de una sustancia impura. Cuanto más impura sea, más ba8o es el punto de #usin y más amplia es la gama de variacin. !ventualmente, se alcan%a un punto de #usin mínimo. !l
cociente de la me%cla que da lugar al punto de #usin posible más ba8o se conoce como el punto eutéctico, perteneciente a cada átomo de temperatura de la sustancia a la cual se someta a #usin.
!l punto de #usin de un compuesto puro, en muc$os casos se da con una sola temperatura, ya que el intervalo de #usin puede ser muy pequeño -menor a AB. !n cambio, si $ay impure%as, éstas provocan que el punto de #usin disminuya y el intervalo de #usin se amplíe. Por e8emplo, el punto de #usin del ácido ben%oico impuro podría ser? p# AAD>(A;'B Punto de #uncin Punto de rosado 5e los oc$os carbo/ílicos.
-en a%ul ebullicin -en Primeros ácidos
-Cómo se determina el punto de ebullición. 2e determina usando la técnica de evaporacin o destilacin9 también se puede reali%ar un estudio de calentamiento de una sustancia como el agua a partir de su estado slido $asta llegar a su ebullicin.
C/lculo del punto de ebullición !l punto de ebullicin normal puede ser calculado mediante la #rmula de Clausius(Clapeyron?
donde? es el punto de ebullicin normal en Eelvin es la constante de los gases, <.@A+ F G E HA G molHA es la presin de vapor a la temperatura dada, atm es la entalpía de vapori%acin, FImol la temperatura a la que se mide la presin de vapor, E es el logaritmo natural
Elevación del punto de ebullición !l punto de ebullicin es la temperatura a la cual la presin de vapor de un líquido es igual a la presin atmos#érica. Como el punto de ebullicin depende de la presin atmos#érica, éste variará al modifcarse la
presin atmos#érica. !n la literatura se encuentra el punto de ebullicin normal -cuando la presin atmos#érica es D&' mm Jg de ciertos líquidos, pero a veces es necesario saber el punto de ebullicin de un líquido a una presin atmos#érica distinta a D&' mm Jg, por e8emplo para $acer una separacin de una me%cla por destilacin.
Instrumentos Utilizados para Medir el Punto de Ebullición $nalizadores de punto de ebullición! 2on anali%adores de proceso que pueden obtener diversos puntos de ebullicin -inicial, intermedio y fnal, de corrientes de $idrocarburos son bastante conocidos. !stos anali%adores son procesos de destilacin en miniatura en los que la temperatura de la muestra se mide al e#ectuarse la destilacin. Los di#erentes diseños se deben a distintos métodos que se emplean para determinar la cantidad de muestra destilada tomando en cuenta de sí se trata de una medicin en lotes o continua.
Ebullómetro# n ebullmetro está diseñado para medir con precisin el punto de ebullicin de líquidos mediante la medicin de la temperatura del equilibrio vapor(líquido ya sea isobáricamente o isotérmicamente. Los componentes primarios en un ebullmetro 2KietoslaKs3i, que opera isobáricamente, son? la caldera, las bombas de Cottrell, la vaina y el condensador. Tal ebullmetro se puede utili%ar para mediciones muy precisas de la temperatura de ebullicin, pesos moleculares, solubilidades mutuas, y pure%as de disolvente mediante el uso de un termmetro de resistencia -T5 para medir las condiciones cercanas al equilibrio de la vaina. !l ebullmetro se utili%a con #recuencia en la rama de instrumentacin en las industrias destiladora de para medir el contenido de alco$ol de los vinos secos. Mer también La dul%ura del vino y la escala 7ec$sle.
Ebullómetro
M+todo de (i0olobo1#
!ste método tiene la venta8a que requiere muy poca cantidad de muestra. Consiste en colocar en un tubo de ensayo una pequeña cantidad del líquido a ensayar, se introduce en el líquido un tubo capilar cerrado : la llama en su e/tremo más fno, el cual irá $acia arriba. !l capilar sirve, de Nanmetro indicador del instante en que se igualan la presin de vapor del Líquido y la presin atmos#érica. La aplicacin de este instrumento en la rama de la instrumentacin se centraría en los laboratorios de prueba y análisis de productos donde se requieren de solo pocas cantidades de líquido para poder ser anali%ada y verifcar el estado de la composicin de dic$o productos. Técnica 7peratoria? 2e $acen tubos capilares estirando a la llama un tubo de vidrio #usible, se cortan de ) a & cm de longitud y se cierran a la llama los e/tremos aflados. 2e coloca en un tubo de ensayo, apro/imadamente, ) ml del líquido cuyo punto de ebullicin se desea determinar y uno de los capilares, con !l e/tremo cerrado $acia arriba. 2e arma el dispositivo como indica el esquema 2e calienta en baño agitando y se observa el capilar. :l comien%o, del e/tremo abierto del capilar, se desprenden algunas burbu8as cuyo n"mero
aumenta rápidamente, $asta que llega un momento en que se #orma una serie Contin"a de burbu8as llamada Orosario de burbu8as. !ntonces, se lee la temperatura que indica el Termmetro y que corresponde al punto de !bullicin del líquido en ensayo a la presin :tmos#érica. !sta lectura se considera slo de :pro/imacin y no interviene en los cálculos. 2e epite la e/periencia de8ando en#riar el líquido y el baño y utili%ando un nuevo tubo capilar. :demás, !n el nuevo ensayo, debe calentarse lentamente !l baño a partir de unos A'BC antes de la Temperatura determinada en la primera !/periencia, para e#ectuar con mayor precisin la Lectura del punto de ebullicin. 2e controla con na tercera determinacin, si no $ay di#erencias :preciables entre las dos "ltimas lecturas, se da Por determinado el punto de ebullicin. 2e Promedian las dos "ltimas lecturas y se mide en !l barmetro la presin atmos#érica. La accin del Tubo capilar es la siguiente? en el capilar, al ser Colocado con el e/tremo cerrado $acia arriba, Queda retenido aire. :demás, en la inter#ace aire (Líquido, la superfcie de este "ltimo emite vapores, Por lo tanto, en el capilar $ay aire y vapor del Líquido. :l calentar el sistema, el aire se dilata y la Presin de vapor del líquido aumenta. Como se Tiende a restablecer el equilibrio entre las Presiones interior del tubo capilar y la atmos#érica, 2alen burbu8as del capilar. 2i continuamos Calentando, aumenta la temperatura, :umentarán a"n más las presiones del aire y del Mapor del líquido, por lo que también aumenta la Melocidad de salida de las burbu8as, $asta que se Rorma un rosario continuo de burbu8as. !n este momento, la presin atmos#érica y La presin de vapor del líquido se $a igualado, por consiguiente, la temperatura Que indica el termmetro, sumergido en el líquido en ensayo, corresponde al Punto de ebullicin de ese líquido.
'estilación del Crudo !l ob8etivo es e/traer los $idrocarburos presentes naturalmente en el crudo por destilacin, sin a#ectar la estructura molecular de l os componentes. Unidades de 'estilación $tmos2+ricas 3 al Vacío# !n las unidades de Topping, el ob8etivo es obtener combustibles terminados y cortes de $idrocarburos que serán procesados en otras unidades, para convertirlos en combustibles más valiosos. !n las unidades de Macío, solo se produce cortes intermedios que son carga de unidades de conversin, las cuales son trans#ormadas en productos de mayor valor y de #ácil comerciali%acin.
,undamentos del Proceso# La destilacin del crudo, se basa en la trans#erencia de masa entre las #ases líquido ( vapor de una me%cla de $idrocarburos. La destilacin permite la separacin de los componentes de una me%cla de $idrocarburos, como lo es el petrleo, en #uncin de sus temperaturas de ebullicin. Para que se produ%ca la 4separacin o #raccionamiento4 de los cortes, se debe alcan%ar el equilibrio entre las #ases líquido(vapor, ya que de esta manera los componentes más livianos o de menor peso molecular se concentran en la #ase vapor y por el contrario los de mayor peso molecular predominan en la #ase liquida, en defnitiva se aprovec$a las di#erencias de volatilidad de los $idrocarburos. !l equilibrio liquido(vapor, depende principalmente de los parámetros termodinámicos, presin y temperatura del sistema. Las unidades se diseñan para que se produ%can estos equilibrios en #orma controlada y durante el tiempo necesario para obtener los combustibles especifcados. Sásicamente el proceso consiste en vapori%ar los $idrocarburos del crudo y luego condensarlos en cortes defnidos. Nodifcando #undamentalmente la temperatura, a lo largo de la columna #raccionadora. La vapori%acin o #ase vapor se produce en el $orno y %ona de carga de la columna #raccionadora. !n el Jorno se transfere la energía térmica necesaria para producir el cambio de #ase y en la ona de Carga se disminuye la presin del sistema, produciéndose el Uas$ de la carga, obteniéndose la vapori%acin defnitiva. La #ase liquida se logra con reUu8os o reciclo de $idrocarburos retornados a la torre. !stos reUu8os son corrientes liquidas de $idrocarburos que se en#rían por intercambio con crudo o Uuidos re#rigerantes. La #uncin u ob8etivo principal de estos, es eliminar o disipar en #orma controlada la energía cedida a los $idrocarburos en el $orno, de esta manera se en#ría y condensa la carga vapori%ada, en cortes o #racciones de $idrocarburos específcas, obteniéndose los combustibles correspondientes. La columna posee bande8as o platos donde se produce el equilibrio entre los vapores que ascienden y los líquidos descendentes. !n puntos o alturas e/actamente calculadas e/isten platos colectores desde lo que se e/traen los combustibles destilados. La di#erencia #undamental entre las unidades de Tpping y Macío es la presin de traba8o. !l Topping opera con presiones típicas de A EgIcm; -manométrica, mientras que en el Macío traba8a con presiones absolutas de ;' mm de mercurio. !sto permite destilar $idrocarburos de alto peso molecular que se descompondrían o craquearían térmicamente, si las condiciones operativas normales del Topping #uesen sobrepasadas.
Variables del Proceso Los paramentos termodinámicos que gobiernan la destilacin son la temperatura y presin del sistema, por tal motivo consideramos como variables del proceso todas aquellas que puedan a#ectar el equilibrio entre las #ases vapor(liquido.
Temperatura de trans2erencia! !sta es la má/ima temperatura a la que se eleva el crudo para vapori%arlo, el rendimiento en destilados depende de esta variable.
Presión de traba4o! !s la presin a la cual se produce la operacin. 2i bien a#ecta directamente el equilibrio liquido(vapor, generalmente se traba8a a la menor presin posible, y por ende no se varia #recuentemente.
Temperatura de cabeza! !s la temperatura en la %ona superior de la columna #raccionadora, se controla con el reUu8o de cabe%a, este reUu8o es la #uente #ría que genera la corriente de líquidos que se contactan con los vapores, produciéndose los equilibrios liquido( vapor.
Temperatura del corte! !s la temperatura a la cual se reali%a la e/traccin lateral de un combustible. !sta temperatura es controlada con el reUu8o de cabe%a y reUu8os circulantes. !stos "ltimos tienen un e#ecto seme8ante que el reUu8o de cabe%a y además precalientan el crudo, recuperando energía.
In3ección de vapor! !l vapor o -incondensables en las #raccionadoras disminuye la presin parcial de los $idrocarburos, estableciendo nuevos equilibrios vapor(líquidos, #avoreciendo la vapori%acin de los componentes más volátiles. !sto se aplica en la columna #raccionadora principal como en los strippers de los cortes laterales.
Elementos 5uímicos 6ombre#
:luminio (ímbolo#
:l 6umero $tómico#
A@ Punto de Ebullición en 7C"#
;+&D >C 'e8nición# 2e trata de un metal no #erromagnético. !s el tercer elemento más com"n encontrado en la corte%a terrestre. Rue descubierto por oersted en el año A<;)
$plicaciones# 2e utili%a en aleaciones que me8oran la conduccin de la corriente eléctrica, transmisin eléctrica. Por e8emplo un conductor de aluminio de misma longitud y peso es más conductivo que uno de cobre y más barato. 2in embargo el cable sería más grueso. Nedida en volumen la conductividad eléctrica es tan slo el &'V de la del cobre. Para uso en instrumentacin y procesos de control en aplicaciones donde se requiere proteccin e inter#erencias electrostáticas.
,unción Por sus propiedades eléctricas es un buen conductor, capa% de competir en coste y prestaciones con el cobre tradicional. 5ado que, a igual longitud y masa, el conductor de aluminio tiene poco menos conductividad, resulta un componente "til para utilidades donde el e/ceso de peso es importante.
6ombre#
Carbono (ímbolo#
C 6umero $tómico#
& Punto de Ebullición en 7C"#
+<;D >C 'e8nición# !l carbono es un elemento químico de n"mero atmico & y símbolo C. Como miembro del grupo de los carbonoideos de la tabla peridica de los elementos. !s slido a temperatura ambiente. 5ependiendo de las condiciones de #ormacin, puede encontrarse en la naturale%a en distintas #ormas alotrpicas, carbono amor#o y cristalino en #orma de grafto o diamante respectivamente. !l carbon es una roca sedimentaria de color negro, muy rica en carbono y con cantidades variables de otros elementos, principalmente $idrgeno, a%u#re, o/ígeno y nitrgeno, utili%ada como combustible #sil.
$plicaciones# !l principal uso industrial del carbono es como un componente de $idrocarburos, especialmente los combustibles #siles -petrleo y gas natural. 5el primero se obtienen, por destilacin en las refnerías, gasolinas, queroseno y aceites, siendo además la materia prima empleada en la obtencin de plásticos.
,unción !l carbn activado posee la virtud de ad$erir o retener en su superfcie uno o más componentes -átomos, moléculas, iones del líquido que está en contacto con él, a este #enmeno se le denomina poder adsorbente, pues éste es el responsable de purifcar, desodori%ar y decolorar el agua u otros slidos, líquidos o gases que entren en contacto con el
elemento adsorbente.
6ombre#
Plata (ímbolo#
:g 6umero $tómico#
+D Punto de Ebullición en 7C"#
;;A; >C 'e8nición# La plata es un elemento químico de n"mero atmico +D situado en el grupo AA de la tabla peridica de los elementos. 2u símbolo es :g, es un metal de transicin blanco, brillante, blando, d"ctil, maleable. 2e encuentra en la naturale%a #ormando parte de distintos minerales -generalmente en #orma de sul#uro o como plata libre. !s muy escasa en la naturale%a, de la que representa una parte en A' millones de corte%a terrestre.
$plicaciones# 2e utili%a en la electricidad y electrnica por su elevada conductividad incluso empañado, por e8emplo en los contactos de circuitos integrados y teclados de ordenador. :leaciones para soldadura, contactos eléctricos y baterías eléctricas plata(cinc y plata(cadmio de alta capacidad.
,unción Posee las más altas conductividades térmica y eléctrica de todos los metales, se utili%a en puntos de contactos eléctricos y electrnicos
