Laboratorio de materiales

Determinación de las propiedades térmicas de aluminosilicatos (Zeolitas) mediante Termo gravimetría y calorímetros diferenciales.
Joshue Castro López
Facultad de Ingeniería Mecánica y Ciencias de la Producción
Escuela Superior Politécnica del Litoral (ESPOL)
Guayaquil - Ecuador
josmcast@espol.edu.ec

* Resumen:
En esta práctica aprenderemos la relación que existe entre la temperatura ylos cambios que esta produce en una muestra. Dentro del laboratorio utilizaremos un software conectado a termo gravímetro el cual es el encargado de simular temperaturas muy altas en un lapso de tiempo. Gracias a esto es que nosotros podemos ir realizando gráficos y ver sus respectivas curvas y pendientes para ver cómo va variando la muestra con su punto inicial. Debemos aclarar que la muestraque nosotros utilizaremos en esta oportunidad es de zeolita o arcilla. Teniendo siempre en claro algunos conceptos de termodinámica, como por ejemplo cual es una reacción exotérmica y endotérmica, puesto que esto es lo que produce al cambiar de temperatura la muestra dentro del aparato. La simulación dura 10 minutos y llega hasta 400 o 430 grados centígrados. Luego de esto debemos sacarla, tomarlacon precaución y constatar todo lo que dice el software de manera físicamente.
* Introducción:
Las zeolitas son una familia de minerales aluminosilicatos hidratados altamente cristalinos, que al deshidratarse desarrollan, en el cristal ideal, una estructura porosa con diámetros de poro mínimos de 3 a 10 ángstrom.
También se dice, que una zeolita es un mineral aluminosilicato cuyaestructura forma cavidades ocupadas por iones grandes y moléculas de agua con gran libertad de movimiento que permiten el cambio iónico y la deshidratación reversible.
Las zeolitas están compuestas por aluminio, silicio, sodio, hidrógeno, y oxígeno. La estructura cristalina está basada en las tres direcciones de la red con SiO4 en forma tetraédrica con sus cuatro oxígenos compartidos con los tetraedrosadyacentes. Las propiedades físicas proveen aspectos únicos para una variedad amplia de aplicaciones prácticas.
Según Breck (1974) las zeolitas son caracterizadas por las siguientes propiedades:
- Alto grado de hidratación.
- Baja densidad y un gran volumen de vacíos cuando es deshidratado.
- La estabilidad de su estructura cristalina cuando se deshidrata.
- Las propiedades de intercambio delcatión.
- Presenta canales moleculares uniformes clasificados en los cristales deshidratados.
- Por su habilidad de absorber gases y vapores.
- Por sus propiedades catalíticas.
Todas las zeolitas son consideradas como tamices moleculares, que son materiales que pueden absorber selectivamente moléculas en base a su tamaño, pero no todos los tamices moleculares son considerados como zeolitas, yaque también el carbón activado, las arcillas activadas, la alúmina en polvo, y la sílice en gel se consideran como tamices moleculares.
La transferencia de calor en líquidos en ebullición es compleja, pero de una importancia técnica considerable. Se caracteriza por una curva en forma de "S" al relacionar el flujo de calor con la diferencia de temperaturas en superficie (ver Kay & Nedderman 'FluidMechanics & Transfer Processes', CUP, 1985, p529).
A temperaturas bajas de la superficie calefactada no sucede la ebullición y la tasa de transferencia de calor está controlada por los mecanismos habituales de una sola fase. A medida que la temperatura de la superficie calefactada se eleva, va produciéndose ebullición localmente y se empiezan a formar burbujas de vapor (se dice que haynucleación de burbujas de vapor), crecen hacia el líquido circundante más frío y colapsan. A altas tasas de nucleación de burbujas, las mismas burbujas empiezan a interferir en el proceso de transferencia de calor y dicha transferencia deja de elevarse rápidamente con la temperatura de la superficie calefactada (esto es el departure from nucleate boiling). A temperaturas mayores, se alcanza un máximo en...