Cálculo del factor de compresibilidad z de un vapor a partir de datos y por correlaciones.

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  • Publicado : 12 de febrero de 2012
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OBJETIVO: Calcular el Factor de Compresibilidad de un vapor así como construir los diagramas obteniendo Vg de tablas entrando con presión y la gráfica de PVg-Pabs-experimental entrando a las tablas con temperatura, a partir de los datos obtenidos en el laboratorio.

FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA:
Factor de Compresibilidad.- Se define como la relación existente entre el volumen que ocuparía el gascomo real y el volumen del mismo gas como ideal, dado por la ecuación .
La expresión que representa las propiedades de los gases ideales a bajas presiones y altas temperaturas, ¿conque seguridad representará las propiedades de los gases reales? Para contestar esta pregunta, simplemente debe considerarse que en un proceso a temperatura constante el producto debe ser igual a una constante ,esta condición obliga al producto que también sea igual a la misma constante para una cantidad de gas dada y para todas las presiones, por lo que al graficar se obtendrá una recta paralela al eje de las abscisas.

Al analizar la gráfica anterior se observa que no se cumple con dicha condición, ya que el producto no es constante en ninguna parte de los intervalos, para algunos gasesdisminuye y luego se incrementa al aumentar la presión a diferentes temperaturas.

Esta desviación del comportamiento ideal se conoce como factor de compresibilidad Z, con un valor igual a la unidad para los gases ideales a todas las temperaturas y presiones y mayor o menor de la unidad para los gases reales; además de variar con la presión, con la temperatura o ambas y el alejamiento de launidad del valor Z, es un indicador de la desviación del comportamiento ideal.
Con los datos experimentales P-V-T de los gases, es factible calcular el factor de compresibilidad de un vapor como un gas ideal con la ecuación , por medio de las ecuaciones viriales para un gas real como , por ecuaciones cúbicas o gráficas generalizadas en donde se relacionan el factor de compresibilidad con latemperatura y la presión reducidas, obteniendo valores relativamente cercanos entre sí además de observar la variación del factor de compresibilidad en función de la Temperatura y la Presión.

Con los cálculos del factor de compresibilidad se pueden hacer las gráficas de para diferentes gases, donde se podrá observar que todas las curvas inician en y y el cambio en la presión va a depender dela temperatura, como lo demuestra el experimento.
Para el nitrógeno a 51ºC, Z está muy cercano a la unidad en un intervalo de presión de 0 a 100 atmósferas luego se incrementa rápidamente con la presión, adquiriendo valores que aumentan considerablemente con respecto de la unidad.

El punto donde el gas real se comporta como un gas ideal en un intervalo amplio de presión se clasifica comoTemperatura o punto de Boyle; y representa la línea divisoria de las curvas exhibidas por el gas.
Por encima del punto de Boyle, los gases muestran desviaciones positivas con respecto de la idealidad y por debajo del punto de Boyle, Z primero decrece con la presión creciente hasta alcanzar un mínimo y luego asciende a valores apreciablemente mayores de la unidad; pero al disminuir la temperaturael mínimo alcanzable es menor, dado que la presión depende de la temperatura.
En conclusión; por encima del punto de Boyle solo existen desviaciones positivas con respecto de la idealidad y por debajo de este punto, el incremento de la presión hace que los valores de Z decrezcan hasta un mínimo y luego aumentan a valores muy por enzima de la unidad. Esta conclusión permite entender que elfactor de compresibilidad, es una relación entre el volumen que ocuparía el gas como real y el mismo volumen que ocuparía el gas como ideal, quedando expresado como: .
ACTIVIDADES:
1. Armar el equipo Ramsay-Young.
2. Hacer el arranque del equipo, cuidando que este no tenga fugas.
3. Obtener varias series de datos de temperatura y presión de vació.
4. De las tablas de vapor, obtener el volumen...
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