Procedimiento experimental

El procedimiento experimental se ha descrito en los trabajos previos de Esteve et al. (1995), Herraiz (2001), Salavera (2005), Libotean (2008) y Álvarez et al. (2011). La muestra a estudiar se introdujo en el interior de la celda de equilibrio, que está conectada directamente a la parte inferior del transductor de presión diferencial. La parte superior del transductor esta conectada a la línea de presión que contiene una atmósfera controlada de nitrógeno seco. El nitrógeno seco está conectado a un manómetro de presión absoluta. Cuando el transductor diferencial logra equilibrar la presión en la celda con la presión del gas inerte (presión diferencial nula), la presión de la atmósfera de nitrógeno, medida por el sensor de presión absoluta, corresponderá a la presión de la muestra problema.

El procedimiento experimental para la determinación del equilibrio líquido-vapor consistió en la preparación de ocho muestras, en proporciones másicas porcentuales de sales/agua de 50/50, 60/40, 70/30, 75/25, 80/20, 85/15, 90/10 y 95/5. Cada una de ellas, se preparó de manera independiente. Luego de la determinación de la presión de vapor en el rango de temperaturas de interés 60-200ºC, se procedió al vaciado, limpieza y secado de la celda, para posteriormente realizar la preparación de una nueva muestra. A continuación se describe los diferentes pasos seguidos en el procedimiento de la medida de presión de vapor.

a. Preparación de las muestras

La celda de equilibrio debe estar perfectamente limpia y seca, por lo cual previamente se realizó la limpieza de la celda y se conservó en el interior del horno a 120ºC. A continuación, se dejó enfriar hasta que su temperatura se equilibró con el ambiente. Posteriormente, se introdujo la cantidad de cada una de las sales, previamente calculadas para mantener las proporciones deseadas. La masa de cada sal utilizada fue cuidadosamente determinada usando una balanza electrónica (balanza Mettler PR2003) para obtener la concentración deseada. Las ocho muestras se prepararon con proporción másica fija de sales LiNO3, KNO3 y NaNO3 de 53:28:19, respectivamente, variando en

cada muestra la cantidad de agua para las medidas de 50, 60, 70, 75, 80, 85, 90 y 95% de contenido másico de estas sales en agua. Los reactivos utilizados fueron LiNO3

(Fluka, 99%), KNO3 (Panreac, 99%) y NaNO3 (Panreac, 99%) sin ninguna purificación

posterior.

Una vez introducida las cantidades de sales, el paso siguiente fue introducir gradualmente la cantidad de agua requerida en la celda, pesándola en la balanza, hasta

introducción de la muestra, se conectó la celda al sistema de medida y se inició el proceso de desgasificación de la muestra. Este proceso consiste en la realización de una serie de ciclos secuenciales de tratamiento: congelar la solución, eliminar los gases incondensables del interior de la celda de equilibrio mediante la bomba de vacío, y licuar la mezcla. El proceso de desgasificación se repitió hasta que no se detectó presión residual, lo cual es indicativo de que se han extraído todos los gases incondensables que contenía la celda. Para las mezclas utilizadas en este estudio se necesitaron 10 ciclos de desgasificación por muestra.

b. Medición

La celda con la solución de nitratos alcalinos de composición conocida se sumergió en el baño termostático. Como la celda está conectada al transductor de presión, la parte que contiene la membrana se dejó sumergida en el interior del baño. Para realizar esta operación se dispone de una plataforma elevadora, que permitió subir o bajar el baño térmico (figura 3.2) y el conjunto formado por la celda de equilibrio, transductor de presión diferencial y línea de presión se mantienen fijos.

A continuación, se programó el termorregulador del baño termostático a la temperatura deseada, inicialmente a 60ºC, y se esperó hasta que la temperatura del baño se estabilizara durante una hora. Para conseguir una temperatura más uniforme en el baño se ha utilizado un agitador mecánico. Conforme la muestra contenida en la celda se aproxima a la temperatura del baño, la presión de vapor de la misma cambia, lo cual queda reflejado en el indicador de cero. Dicha variación se compensó controlando la presión de la atmósfera de nitrógeno, introduciendo o extrayendo gas. Cuando la temperatura y la presión se estabilizaron, se procedió al registro de dichos valores. Para realizar una nueva medida de la presión de vapor de la mezcla a otra temperatura, se programó el calefactor del baño a la siguiente temperatura de medida y se repitió el proceso. Una vez medida la presión a la última temperatura se procedió al vaciado y limpieza de la celda de equilibrio para posteriormente preparar una muestra con una nueva composición.

c. Vaciado y limpieza

Una vez finalizadas las medidas de presión de vapor se procedió a vaciar el contenido de la celda de equilibrio y luego se limpió su interior con agua destilada caliente. Este proceso se repitió varias veces. Para comprobar que el interior quedó perfectamente limpio se midió el pH del aclarado con un papel indicador, ya que al ser las soluciones utilizadas altamente alcalinas, de quedar residuos de las sales se reflejarían en el indicador de pH.

d. Validación del método

La validación del método implementado se realizó mediante la medida de la presión de vapor del agua pura a distintas temperaturas y la comparación de los resultados obtenidos con los valores propuestos en la bibliografía. Se seleccionó el agua debido a que sus propiedades están ampliamente referenciadas y además es el refrigerante que se utiliza en el ciclo de refrigeración por absorción con las soluciones de nitratos alcalinos como fluido de trabajo.

Se determinó la presión de vapor del agua para temperaturas comprendidas entre 50 y 140ºC, en intervalos de 20ºC. Los resultados experimentales se han comparado con los datos reportados por Wagner y Pruss (2002). La desviación máxima obtenida fue de 1.07% y el rmse (raíz del error cuadrático medio) de 0.51%. Estos resultados validan el procedimiento experimental para la determinación de la presión de vapor.