METODOLOGÍA EXPERIMENTAL
2.1. DESCRIPCIÓN DEL DENSÍMETRO
Para la determinación de las densidades se utilizó un densímetro de tubo vibrante fabricado por Anton Paar Modelo 4500 M. La celda de medición consta de un tubo en forma de “U”, el tubo está fabricado en borosilicato [18]. El densímetro induce sobre este tubo una vibración transversal controlada electrónicamente, la cual produce una resonancia del tubo que se detecta y con esto se determina su periodo de vibración, a partir de la cual se puede obtener la densidad [18]. La celda en U se llena con 1 mL de muestra, y para obtener la densidad es necesario realizar una calibración previa utilizando dos fluidos de referencia (agua y aire seco) [18].
2.1.1. Características del densímetro
El densímetro DMA 4500 M, tiene intervalos de medición en densidad de 0a 3 g/cm3, y se puede variar la temperatura de 0 a 90 ºC. Tiene una precisión en la
medición de densidad de ±0.0001 g/cm3, y en la temperatura de ±0.01 K. Las
mediciones del periodo de vibración se pueden realizar en 30 segundos y las dimensiones del densímetro son 482 x 340 x 231 mm [18]. En la Figura 2.1 se presenta una imagen del densímetro utilizado en este trabajo.
El densímetro cuenta con una celda de medición construida de borosilicato que permite observar la celda de medición en tiempo real, en el momento del llenado y durante la medición para asegurarse de que la muestra no presente problemas como la presencia de burbujas de aire o que no cubra el volumen de la celda de manera uniforme, en la Figura 2.2 se presenta la celda en forma de U. El equipo
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también permite obtener resultados como los grados °API y los grados BRIX. La inyección de la muestra se realiza utilizando una jeringa de 10 ml, esta se puede observar en la Figura 2.1 del lado derecho. Del lado izquierdo de la Figura 2.1 se puede observar el cartucho de secado, que se utiliza para secar la celda de borosilicato y generar aire seco.
El uso de este tipo de densímetro proporciona las siguientes ventajas: Resultados rápidos y fiables con máxima precisión (±0.0001 g/cm3)
Requiere poco volumen de muestra.
Contiene métodos de medición predeterminados para distintas aplicaciones. Detecta errores de llenado y burbujas de gas en la muestra en tiempo real. Muestra tomas en tiempo real del tubo en U oscilatorio y de la muestra
completa.
El llenado de la celda es sencillo y rápido.
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Figura 2.2. Foto de la celda de borosilicato.
2.2. METODOLOGÍA
En la obtención de los resultados de este trabajo se implementó la siguiente metodología para asegurar datos satisfactorios y confiables.
1. Calibración del DTV usando como fluidos de referencia agua y aire.
2. Validación del equipo realizando mediciones de fluidos puros y comparaciones con datos previamente reportados.
3. Preparación de sistemas binarios por el método de pesadas sucesivas. 4. Medición de densidades de sistemas binarios.
5. Tratamiento de datos: correlación de las densidades, cálculo de volúmenes molares en exceso y su correlación, así como el cálculo de volúmenes molares parciales.
6. Discusión de los resultados en función de la temperatura y la composición, diferencias entre los sistemas estudiados y propuestas de posibles mecanismos de interacción molecular presentes en los sistemas binarios. Algunos de estos apartados se describen a continuación para proporcionar mayor información sobre el desarrollo experimental.
2.2.1. Sustancias químicas empleadas
Las sustancias que se utilizaron en el desarrollo de este trabajo fueron: 2,5- dimetilfurano, octano, nonano, decano, dodecano, de la marca Sigma-Aldrich con purezas certificadas mayores del 99% en masa, de acuerdo al proveedor. No se realizó ninguna purificación adicional a los reactivos. Las propiedades de estos compuestos se resumen en la Tabla 2.1. Para la calibración se utilizó agua de alta
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pureza (grado cromotográfico, HPLC) y aire seco generado con el cartucho de secado mencionado en la sección 2.1.1.
Tabla 2.1. Propiedades de las sustancias utilizadas en la experimentación. Propiedad 2,5-DMF octano nonano decano dodecano Formula C6H8O CH8H18 C9H20 C10H22 C12H26
Masa molecular 96.13 114.23 128.26 142.28 170.33
Estado de agregación Líquido Líquido Líquido Líquido Líquido
Punto de ebullición (K) 336.0 398.7 424.0 447.35 489.35 Punto de fusión NR 216.0 220.0 243.45 263.55 Temperatura critica (K) NR 568.7 594.6 617.7 658.00 Presión de vapor* (kPa) NR 1.47 1.24 0.17 1.33 Densidad* (g/cm3) 0.903 0.7030 0.7180 0.7300 0.7500 Pureza ≥ 98.5 % ≥ 99 % ≥ 99 % ≥ 99 % ≥ 99 %
* Los valores reportados son a 20 °C , NR: no reportado
2.2.2. Preparación de los sistemas binarios
Cada sistema binario fue preparado utilizando el método de pesadas sucesivas, utilizando una balanza marca Metler Toledo modelo AP102 (ver Figura 2.3) con una capacidad de 120 g y una resolución de ±0.0001 g. La balanza se enciende y se deja estabilizar por 30 min antes de su utilización, con el objetivo de obtener mejores resultados.
Las mezclas se preparan el mismo día de la experimentación para evitar el cambio de composición debido la posible evaporación de los componentes de la mezcla. Las muestras fueron preparadas y almacenadas en frasco de vidrio color ámbar sellados herméticamente con películas de parafina.
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Figura 2.3. Vista frontal de la balanza Metler Toledo.
Para la preparación de los sistemas se estimaron los volúmenes de cada componente para obtener cierta fracción molar, para ello se usaron las siguientes ecuaciones. 𝒗𝟏 = 𝒙𝟏𝑴𝟏𝑽𝑻 𝝆𝟏 𝒙𝟏𝑴𝟏 𝝆𝟏 +𝒙𝟐𝑴𝟐𝝆𝟐 (2.1) 𝒗𝟐 = 𝒙𝟐𝑴𝟐𝑽𝑻 𝝆𝟐 𝒙𝟏𝑴𝟏 𝝆𝟏 + 𝒙𝟐𝑴𝟐 𝝆𝟐 (2.2)
Donde v1 y v2 son los volúmenes que se necesitan para preparar la disolución con
cierta composición molar (x1 y x2) para un cierto volumen total (VT), donde el VT en el presente trabajo fue de 7 mL. Las densidades se representan de la siguiente manera: ( 1 ) haciendo referencia al componente 1 y ( 2 ) al componente 2 respectivamente. Cabe mencionar que el 2,5–DMF fue nombrado componente 1 para todos los sistemas binarios, en consecuencia el componente 2 se refiere a los
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diferentes alcanos. La composición de las mezclas binarias se determina por medio de las masas de cada sustancia que son agregadas en el proceso de preparación de las soluciones. Las masas son determinadas con la balanza por el método de pesadas sucesivas.