manual de prÁcticas para termodinÁmica-enero 2012-

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Manual de prácticas de Termodinámica 2012 Instituto Tecnológico de Mérida Página 1 SEP DGEST INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA DEPARTAMENTO DE METAL-MECÁNICA DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS INGENIERÍA MECÁNICA MANUAL DE PRÁCTICAS DE TERMODINÁMICA Profesor: Ing. Emiliano Alberto Canto Quintal CURSO: enero junio 2012 LABORATORIO DE FISICA I Ing. Enrique Cárdenas Pérez AbreuMérida Yucatán a 30 de enero de 2012

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Manual de prácticas de Termodinámica 2012

Instituto Tecnológico de Mérida Página 1

SEP DGEST INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA

DEPARTAMENTO DE METAL-MECÁNICA

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS

INGENIERÍA MECÁNICA

MANUAL DE PRÁCTICAS DE TERMODINÁMICA

Profesor: Ing. Emiliano Alberto Canto Quintal

CURSO: enero – junio 2012

LABORATORIO DE FISICA I “Ing. Enrique Cárdenas Pérez Abreu”

Mérida Yucatán a 30 de enero de 2012

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Manual de prácticas de Termodinámica 2012

Instituto Tecnológico de Mérida Página 2

INTRODUCCIÓN:

Objetivo del manual de prácticas.

El presente manual tiene como objetivo principal presentar y explicar las prácticas de laboratorio relacionadas con los temas del programa de la materia TERMODINÁMICA, de la carrera de Ingeniería Mecánica que se imparte en el Instituto Tecnológico, están basadas para su realización en el material y equipo didáctico que se encuentran en el Laboratorio de Física I,

“Ing. Enrique Cárdenas Pérez Abreu” del Departamento de Ciencias

Básicas. Es una guía para la realización ágil de las prácticas extractadas del manual original que incluye el equipo didáctico del Laboratorio de Física 1 y el apoyo del personal encargado y responsables del mismo laboratorio; por el cual se extiende un merecido reconocimiento. La intención principal del presente Manual de Prácticas es que los estudiantes apliquen y consoliden los conceptos básicos de la Termodinámica, mediante la realización de las prácticas indicadas, comprobando y evaluando, las propiedades de las sustancias relacionadas con los procesos termodinámicos reales, también podrán adquirir la habilidad de utilizar y aplicar los equipos de laboratorio para un objetivo académico especifico. La cooperación del presente Manual, es importante en la formación integral del estudiante de Ingeniería Mecánica, en un profesional de excelencia para que

CON SU CONOCIMIENTO, GENERAR BIENESTAR HUMANO.

Profesor Ing. Emiliano Alberto Canto Quintal

Mérida, Yucatán a 30 de enero 2012

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Manual de prácticas de Termodinámica 2012

Instituto Tecnológico de Mérida Página 3

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA

DEPARTAMENTO DE METAL-MECÁNICA

INGENIERÍA MECÁNICA

Reporte de prácticas

Es obligatorio elaborar el reporte técnico de cada una de las prácticas realizadas. Los objetivos del reporte son de evaluar el aprovechamiento académico del estudiante y la calidad de redacción de los mismos, la realización de los reportes técnicos será una actividad necesaria y cotidiana en la vida profesional del ingeniero, es uno de los puntos relevantes de aprender a realizarlos. El formato del reporte es de tamaño carta, el contenido del mismo, en forma general, debe incluir los incisos que se explican a continuación:

1.-Número y nombre de la práctica.

2.-Objetivo de la práctica.

Se debe explicar claramente cual es el objetivo principal y los específicos por los cuales se realiza la práctica.

3.-Principios teóricos aplicados. Se expondrá el marco teórico, los principios físicos o conocimientos que se quieren reforzar y consolidar al realizar la práctica, son los conocimientos aplicados para obtener los resultados deseados; incluirá los principios físicos y su expresión matemática, correspondiente al tema sobre la práctica.

4.-Material, herramientas y equipo utilizado. Enlistar el material utilizado, las herramientas empleadas y el equipo necesario para realizar la práctica, en este inciso se incluirá el software que se llegará a emplear, con sus especificaciones de cada elemento.

5.-Desarrollo o metodología de la práctica. En este inciso deberá explicarse cómo se fue realizando la práctica; paso a paso, desde el inicio hasta culminar con los resultados finales; también las dificultades o fallas que se hayan presentado, y como se fueron resolviendo para continuar con la práctica y llevarla a buen término, no se trata de copiar lo que se explica en el texto de la práctica, sino como la realizaron.

6.-Diseño y construcción.

En el caso de que los objetivos de la práctica indiquen el diseño y construcción de algún instrumento o dispositivo, se incluirá este inciso en el reporte, donde se explicará los conceptos teóricos aplicados en el diseño con su justificación matemática y como se llevo a cabo el proceso de construcción.

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Manual de prácticas de Termodinámica 2012

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7.-Presentación de resultados. Aquí se presentarán los valores de las mediciones y/o datos obtenidos durante el desarrollo de la práctica, pueden ser presentados en tablas o gráficas o ambas; si se utilizaron o fueron requeridos elaborar diagramas, incluirlos en este inciso, ilustraciones con dibujos o fotografías.

8.-Cálculos y análisis de los resultados obtenidos. Aquí se presentará el manejo y la interpretación matemática de los datos obtenidos en la experimentación para obtener los resultados finales de la práctica, como también se incluirá el análisis de los mismos.

9.-Análisis de costos. Si para la realización de la práctica se incurre algún gasto para la adquisición de material, herramienta o maquinar piezas requeridas para la construcción o rentar un equipo; incluir el costo de la práctica, sino se conoce el costo dar un valor estimado con especificaciones.

10.-Observaciones y conclusiones. En este inciso el estudiante expresará las observaciones que considere sobre la realización de la práctica, pueden ser cuestiones de seguridad, de metodología, de propuestas para mejorar la práctica, etc. y concluirá determinando si la practica cumplió con los objetivos trazados, los conocimientos reforzados y nuevos que aprendió en la práctica y por último los beneficios que brinda la realización de la práctica.

11.-Relación de figuras y fotografías del reporte. Se enlistarán de acuerdo a su orden de aparición las figuras, fotografías, dibujos, diagramas, Etc. Con su nombre y número de página donde estén ubicadas.

12.-Bibliografía. Se enlistarán los textos, revistas, manuales que se hayan consultado para la realización de la práctica y la elaboración del reporte. Se pondrá los nombres del texto, autor, editorial y fecha de edición.

13.-Portada del reporte de las prácticas.

La portada de incluir los siguientes datos: Logotipos de la SEP, Dirección General de Enseñanza Superior Tecnológica y del Tecnológico de Mérida. Departamento de Metal-Mecánica. Laboratorio de Física. Materia: Termodinámica. Número y nombre de la práctica. Nombres de los integrantes del equipo. Nombre del profesor de la materia. Fecha en que se realizó la práctica. La estructura del contenido del reporte técnico no es rígida, si determinan una forma mejor de realizar el reporte, tienen la libertad de hacerlo. Luego que el profesor revise los reportes y en caso de indicar correcciones, los alumnos deberán corregir y al final del semestre se entregarán todos los reportes técnicos de las prácticas en un CD.

Los reportes se entregarán semanalmente.

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Manual de prácticas de Termodinámica 2012

Instituto Tecnológico de Mérida Página 5

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA

DEPARTAMENTO DE METAL-MECÁNICA TERMOODINÁMICA

Practica 1

“Diseño y Construcción de un prototipo que recorra una distancia

determinada de forma autónoma”

Objetivo:

Diseñar y construir en equipo un prototipo de un artefacto móvil, que recorra de

forma autónoma una distancia indicada y que se aproxime lo máximo a un

precipicio sin caer en él.

Objetivos específicos: Realizar con los compañeros, un trabajo cooperativo.

Practicar la planeación de una actividad determinada en equipo.

Aprender de la actividad por si mismo.

Capacidad para resolver satisfactoriamente conflictos

Elaborar correctamente un reporte técnico de un proyecto.

Presentación a los asistentes de la realización del trabajo y sus resultados.

Trabajar coordinadamente en equipo con los compañeros.

Elaborar un reporte técnico de la práctica.

Reflexionar sobre lo realizado durante el desarrollo de la práctica .

Descripción del proyecto: Con el material que el instructor presenta, el equipo integrado por 3 alumnos, deberán de diseñar y construir un prototipo, de forma y peso libre, pero no debe exceder las aristas de un cubo de 20 cm, el prototipo debe de recorrer lo largo de la mesa del laboratorio de física y deberá de detenerse en el punto más próximo a la orilla contraria desde el punto donde inicia su carrera. El éxito del proyecto dependerá de la posición final del prototipo. Se podrán realizar 3 tiros. Siendo el último que decidan hacer, el definitivo. El equipo decidirá si requiere del siguiente, pueden realizarse tiros de práctica pero no cuentan sino se avisa al instructor o maestro. Se integrarán equipos de a tres alumnos, que trabajaran durante todo el semestre. No se permite empujar o jalar el prototipo, ni poner topes, pared o cuerda que lo detenga. Solo se puede utilizar los materiales que el instructor les indique. Es muy importante el diseño y la planeación del proyecto, la metodología que se va a llevar como la dinámica del trabajo.

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Deberán de trabajar en forma ordenada y organizada. Un integrante del equipo llevará el tiempo que le dedique el grupo cada actividad. Primero debe de ponerse el grupo de acuerdo con el diseño analizando el material presentado y luego organizarse para realizarlo.

Reporte técnico de la práctica: Explicar ampliamente el objetivo.

Como se llevo la planeación de la práctica.

Como se organizaron para realizar mejor la práctica.

Diseño inicial del proyecto, dibujo y explicación.

Material utilizado, para la construcción del prototipo.

Pruebas y correcciones o rediseños.

Marco teórico que sustentan el diseño, los principios físicos que se aplican.

El desarrollo de la practica como se fue realizando la practica.

Resultados obtenidos en las diferentes pruebas que se hicieron hasta la final.

Figuras, fotografías e ilustraciones.

Prototipo construido y mejorado.

Evaluación del prototipo.

Indicar el tiempo que se empleo para cada actividad durante el desarrollo de la práctica.

Reflexión - proceso grupal.

El grupo deberá responder las siguientes preguntas:

Explicar 3 cosas que el equipo realizo bien

Nombrar algo que el equipo pudo haberse realizado mejor y explicar como hacerlo mejor.

Mencionar 2 de las cosas que mas te gustaron al trabajar como equipo.

Autoevaluación del trabajo realizado por el equipo.

La distribución del tiempo empleado para cada actividad, fue el apropiado y porque, o no fue así.

Indicar cual fue la parte más importante del desarrollo de la práctica.

Que calificación se pondría al trabajo del equipo por el desarrollo de la práctica.

Reflexión individual del desarrollo de la práctica.

En forma individual responder cada de las siguientes preguntas: 1_ ¿Qué aprendiste en la práctica? 2_ ¿Como puedes aplicar lo prendido, en tu actividad de aprendizaje? 3_ ¿Que fue lo que más te intereso durante la práctica? 4_ ¿Qué cambiarias para mejorar el desarrollo de la práctica? 5_ ¿Qué calificación te pondrías por tu participación en la práctica? Conclusiones y observaciones:

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Manual de prácticas de Termodinámica 2012

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Para finalizar expresa las conclusiones y observaciones personales sobre la práctica y su contenido, y lo que creas conveniente de expresar sobre la práctica y la participación de los elementos del equipo.

Materiales probables a utilizar: Abate lenguas y/o maderas pequeñas.

Ligas y /o hilos de diferentes tamaños.

Globos

Vasos de nieve seca y platos de nieve seca o de plásticos.

Plastilina, masa y / o yeso.

Hojas de papel y/o cartulina.

Cucharas y tenedores de plástico.

Escalas métricas.

Clips o grapas con engrapadora.

Otras que el instructor sugiera.

Ilustre el reporte con dibujos, esquemas y/o fotografías, procure aportar nuevas

observaciones y conclusiones sobre el desarrollo y resultados de la práctica.

Si el equipo formado para esta práctica, integrarán el equipo de trabajo para realizar

las prácticas durante el semestre, que se acuerden y dejen bien claro los puntos del

trabajo que realizaran durante el desarrollo de las prácticas del laboratorio, para

que al final todo toda la actividad del laboratorio sea mejor.

Recomendaciones y Normas a seguir:

Sea respetuoso con sus compañeros e instructores.

Deberá ser cuidadoso con el equipo didáctico que se utiliza,

Mantener limpio el laboratorio.

Al devolver el equipo ponerlo en el orden que se recibió.

El equipo y laboratorio lo van utilizar los alumnos del siguiente semestre, es

obligación conservarlos en buen estado.

No bromee, ni juegue durante la práctica, puede ocasionar accidentes.

Gracias por seguir las recomendaciones y las normas.

Leer detenidamente la práctica y organizarse con los elementos del equipo.

Prestar atención a las instrucciones del maestro. El aprendizaje de las habilidades y conceptos que se realizan en el

laboratorio es muy importante para su preparación como ingenieros, no desperdicies las oportunidades que se presentan.

El recurso que nunca se recupera es el tiempo, aprovéchalo. Leer y respetar el reglamento interno del laboratorio de Física Ing. Enrique

Cárdenas Pérez Abreu.

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Instituto Tecnológico de Mérida Página 8

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA DEPARTAMENTO DE METAL-MECÁNICA

LABORATORIO DE TERMODINÁMICA

Práctica # 2

Nombre de la Práctica: “Conocimientos de los equipos e Instrumentos a

utilizar en las prácticas de Laboratorio de Termodinámica”

Objetivo de la práctica.

Conocer los equipos, partes e instrumentos que integran los KITS que se utilizarán en la realización de las prácticas durante el semestre, para obtener el mejor beneficio del laboratorio. Al decir conocer se interpreta que se conozcan físicamente y determinar cual es la función para un su uso adecuado, como también como tenemos la obligación de cuidarlos.

Metodología.

Se le entregará a cada equipo integrado por 3 estudiantes, si son muchos los alumnos del grupo, en una mesa pueden estar varios equipos, los KITS de Termodinámica y Mecánica.

Los revisarán con cuidado e identificarán cada una de las partes, equipos e instrumentos que contengan cada una de las cajas, favor de cuidarlos.

El grupo o grupos describirán, definirán el uso y el nombre de cada elemento, equipo e instrumento.

Primero revisarán uno de los KITS y luego el otro, para evitar revolver los contenidos de las cajas.

Manipular y utilizar con mucho cuidado, para evitar dañarlos y producir perdidas a las partes de los KITS...

Tomar fotografías o realizar dibujos o ambos para ilustrar el reporte.

Al finalizar colocar cada uno de los elementos en lugar que les corresponda y devolverlos en perfecto orden. Esto se realizará después de cada práctica.

En investigación bibliográfica como actividad fuera del laboratorio; deberán de profundizar en el conocimiento de cada uno de los elementos, equipos e instrumentos que integran ambos KITS.

No interrumpir a los compañeros de los otros equipos sino es necesario para el desarrollo de la práctica.

No reportar exclusivamente el contenido de este documento, el equipo deberá aportar cosas nuevas para enriquecer el reporte y los análisis realizados.

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Reporte técnico de la práctica.

El reporte técnico de la práctica deberá describir los elementos, los Instrumentos y equipos,cual es la función de cada uno de ellos, además como utilizarlos corectamente y cuidarlos adecuadamente.

Explicar como se llevo a cabo la práctica de parte de los integrantes del equipo y como fueron sus intervenciones en el desarrollo de la prácctica.

Ilustrar el reporte con dibujos y/o fotografias y aportar con explicaciones lo investigado bibliograficamente acerca de cada uno de los elementos.

Explicar los beneficios y el aprovechamiento obtenido en la realización de la práctica, así como las conclusiones y observaciones que crea conveniente.

Anotar la bibliografía empleada para el desarrollo de la práctica.

A continuación se presenta algunos de los elementos utilizados en la práctica.

Pinza universal Muelles helicoidales 20n/m

Pie de rey Matraz 100ml con tapon de goma

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Pasador de sujecion Colonda de alum.,hierro y madera

Nueces dobles Palanca

Platillo para pesa de ranura Varillas de acero

Mango para polea fija Pesas con ranura

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Pesa y juegos de pesa, Perdigones Probeta graduada 50ml y Pipeta

Sedal Soporte para dinamometro

Platillos para balanza y Dinamometros Poleas de 65mm y 90mm

Cinta métrica Cronómetro

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Tripoide y Nuez doble Vaso Precipitado (100 y 250

ml)

Multimetro Cables conectores (500mm)

Aro soporte 100mm y Pinza universal Fibra

Tubos de silicon Rejilla con porcelana

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Manual de prácticas de Termodinámica 2012

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Resistencia eléctrica Dinamometros

Cuchara Tubos de vidrio

Cilindro graduado con Pipeta Matraz y vasos de

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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA DEPARTAMENTO DE METAL-MECÁNICA

TERMODINÁMICA Práctica tres:

“Determinación de Densidades y Pesos

Específicos de diferentes sustancias”

OBJETIVO:

Consolidar y manejar los conceptos de volumen, masa y peso de las sustancias; determinando mediante mediciones de pesos y los volúmenes, las densidades y pesos específicos de varias sustancias en estado líquido y sólidos.

INTRODUCCIÓN:

Todas las sustancias tienen propiedades físicas y químicas que las distinguen de las demás. Las propiedades físicas no implican cambios en la naturaleza de las sustancias cuando son medidas u observadas; varían con la presión y temperatura. Las propiedades químicas presentan cambios en la naturaleza de las sustancias cuando se someten a mediciones. Todas estas propiedades se dividen en extensivas e intensivas con relación a la masa de las sustancias.

Las propiedades extensivas dependen de la cantidad de masa presentes como el volumen, Peso, etc. Mientras que las intensivas no dependen de la masa y por tanto son la misma para todas las partes de la sustancia, como la densidad y temperatura de ebullición, peso específico, entre otras.

¿Por qué es importante conocer el peso específico de los líquidos?

El estudio del peso específico de los líquidos suele tener muchísima importancia. La leche, por ejemplo, contiene cierta cantidad de sustancias grasas en suspensión, que son las que le dan su valor nutritivo, y por eso la bebemos. Si se añade agua a la leche, se disminuye su valor y salimos defraudados, lo mismo que si a las vacas se les hace beber grandes cantidades de agua. Ha de haber algún medio para cerciorarse de que la cantidad de sustancias contenidas en la leche tiene la proporción debida, y ese medio consiste en determinar el peso específico. Tratándose de bebidas espirituosas, lo que conviene saber es la cantidad de alcohol que contienen, y esto también se averigua determinando el peso específico. Éstos son tan sólo dos ejemplos entre los muchos que se podrían citar. La densidad (d) es la relación entre la masa de la sustancia y el volumen que ocupan. Se obtiene dividiendo una masa (m) conocida de la sustancia entre el volumen (V) que ocupa. d = m /V = ρ

En el SI, la unidad de densidad es el kg/m3.

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Instituto Tecnológico de Mérida Página 15

Peso especifico

El peso específico (Pe) de una sustancia es el peso de la sustancia de la unidad de volumen. Se obtiene dividiendo el peso (P) entre el volumen (V) que ocupa.

P e = P/ V

En el SI, la unidad de peso específico es el N/m3.

Peso específico y densidad son magnitudes distintas, están relacionadas. Como ya sabemos, el peso de un cuerpo es igual a su masa por la aceleración de la gravedad:

P = m · g.

Por lo tanto: Pe= P/ V = m · g/ V = m · g /V = ρ · g → Pe = ρ · g

Donde ρ es la densidad absoluta, m es la masa y V es el volumen. Aunque la unidad en el Sistema Internacional de Unidades (SI) es kg/m3, también es costumbre expresar la densidad de los líquidos en g/cm3.

Densidad

En física, la densidad, simbolizada habitualmente por la letra griega y

denominada en ocasiones masa específica, es una magnitud referida a la cantidad

de masa contenida en un determinado volumen, y puede utilizarse en términos

absolutos o relativos.

En términos sencillos, un objeto pequeño y pesado, como una piedra o un trozo de

plomo, es más denso que un objeto grande y liviano, como un corcho o un poco de

espuma.

La densidad absoluta o densidad normal, también llamada densidad real, expresa la masa por unidad de volumen. Cuando no se hace ninguna aclaración al respecto, el término «densidad» suele entenderse en el sentido de densidad absoluta. La densidad es una magnitud intensiva.

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Manual de prácticas de Termodinámica 2012

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La densidad relativa o aparente expresa la relación entre la densidad de una sustancia y una densidad de referencia, resultando una magnitud a dimensional y,

por lo tanto,

Donde ρr es la densidad relativa, ρ es la densidad absoluta y ρ0 es la densidad de

referencia.

La densidad de referencia habitualmente es la densidad del agua líquida cuando la presión es de 1 atm y la temperatura es de 4 °C. En esas condiciones, la densidad absoluta del agua es de 1000 kg/m3, es decir, 1 kg/l.

Metodología.

Para líquidos:

1. Se usa una balanza o un dinamómetro, para pesar el vaso de precipitado que contendrá los líquidos a tratar; apuntamos el resultado.

2. Se vierte el líquido a estudiar en el vaso de precipitado. 3. Se realiza el pesado y tomamos la lectura lo más exacto posible. 4. Se determina la diferencia entre la primera toma del vaso medido sin el

líquido y la segunda con el líquido en el vaso. 5. El resultado de esta diferencia es el peso del líquido. 6. El volumen que ocupa es la medida indicada por el espejo del líquido en el

vaso de precipitado.

Para sólidos.

1. Pesar el sólido utilizando una balanza o una báscula o un dinamómetro. 2. Calcular o determinar el volumen del sólido.

Figura 3.1.- Balanza pesando un sólido con las pesas en el otro platillo.

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Manual de prácticas de Termodinámica 2012

Instituto Tecnológico de Mérida Página 17

Repetir este procedimiento para cada líquido de los que se hayan asignado y

también para cada uno de los sólidos que se tengan.

Sustancias a determinar sus densidades y pesos específicos:

Agua, leche, aceite, alcohol, agua con sal, madera, acero y otros.

Sustancia Peso Newton

Masa Kg o gr

Volumen ml o cm3

Densidad Kg/Dcm3

Peso específico N/cm3

Agua

Leche

Aceite

Madera

Aluminio

Acero

Acrílico

Plastilina

Otros Tabla 3.1.- Presentación de los resultados de la práctica.

Aplicación del peso específico: experimentando con la flotabilidad.

El volumen de líquido desplazado, se dice cuando se

sumerge un objeto en un recipiente completamente lleno

con un líquido (supongamos agua) hasta el borde, el

objeto derramará el volumen del líquido igual al volumen

sumergido del objeto. Este es un buen método para

determinar el volumen de objetos de forma irregular:

“un objeto totalmente sumergido en un líquido siempre

desplaza un volumen de líquido igual al volumen del

objeto”.

La relación entre la fuerza de flotabilidad yo la de empuje y

el líquido desplazado fue descubierta por Arquímedes,

físico y matemático griego del siglo III AC.

Principio de Arquímedes:

“Un cuerpo sumergido en un fluido, sufre una fuerza

vertical de empuje hacia arriba con una magnitud

igual al peso del fluido desplazado”

Figura 3.2.- Determinación de la fuerza de empuje.

El peso del líquido desplazado es igual a la fuerza de flotabilidad o empuje.

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Manual de prácticas de Termodinámica 2012

Instituto Tecnológico de Mérida Página 18

Ejemplo: si al sumergirse totalmente un objeto

de 50 Kg de masa y desplaza 30 Kg de líquido;

entonces su peso aparente será de:

(50 – 30) x 9.81 = 196.2 Newton

El peso del objeto menos el peso del líquido

desplazado, es decir; el aparente de un objeto

sumergido es igual a su peso en el aire menos la

fuerza de empuje o flotabilidad.

Si el objeto o cuerpo esta parcialmente

sumergido entonces el volumen del líquido

desplazado será igual al volumen parcial

sumergido del objeto.

Figura 3.3.- Determinación del peso aparente de un objeto en un fluido.

Utilizar los dinamómetros del laboratorio y realizar la comprobación de los pesos

específicos de los sólidos que se determinaron en la sección anterior, con un

recipiente adecuado o vaso de precipitado, comprobar el peso específico de los

sólidos y determinar la fuerza de empuje que el agua exista sobre el sólido

sumergido.

Reportar el valor obtenido por este método del dinamómetro y la fuerza de empuje

ejerce el líquido sobre él, de acuerdo a la siguiente tabla:

Material a

comprobar

Peso N Volumen líquido

desplazado cm3

Fuerza de

empuje N

Peso

aparente N

Peso específico

comprobando

Aluminio

Acero

Madera

Plastilina

Acrílico

Bronce

Otros

Tabla 3.2.-Aplicación del principio de Arquímedes en la comprobación del peso

específico de sólidos con el método del peso aparente.

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Manual de prácticas de Termodinámica 2012

Instituto Tecnológico de Mérida Página 19

Sugerencias didácticas:

¿El principio de Arquímedes indica que si un objeto sumergido desplaza 10

N de peso, la fuerza de empuje es de 10 N ¿

Un recipiente de 1 litro lleno totalmente con plomo tiene 11.3 Kg de masa y

se sumerge en agua. ¿cuál es la fuerza de flotabilidad que actúa sobre él?

¿Qué hace que un objeto en un fluido flote o se hunda? ¿Qué sucede en los

barcos construidos de metales?

Se sumergen en agua dos bloques de tamaño idénticos. Uno es de aluminio

y otro de acero. ¿sobre cuál de ellos es mayor la fuerza de flotabilidad?

¿Por qué es más fácil que flote una persona en agua salada que en agua

dulce?

¿Cómo funciona un chaleco salvavidas y su principio físico que lo mantiene

a flote?

Mencione 5 ejemplos de aplicación del principio de Arquímedes.

Reporte técnico de la práctica:

El alumno deberá elaborar el reporte técnico de la práctica, con el siguiente contenido propuesto; el formato o estructura del reporte no es de forma definitiva el alumno si lo considera que tiene una mejor forma de realizar el reporte, tiene la libertad de realizarlo:

1. Número y nombre de la práctica. 2. Objetivos de la práctica. 3. Marco teórico o principios físicos en los cuales se sustenta la práctica. 4. Material y equipo utilizado. 5. Procedimiento aplicado para llevar a cabo la práctica. 6. Cálculos y análisis matemáticos realizados. 7. Presentación de resultados obtenidos y sugerencias didácticas 8. Observaciones y conclusiones. 9. Bibliografías. 10. En la portada deberá incluir los logotipos del tecnológico, de la dirección

general de tecnológicos, el nombre de la asignatura y del alumno. 11. No presentar exclusivamente el contenido de este documento, deben

aportar.

Nota importante.- En el laboratorio durante el desarrollo de la práctica, deberán mantener el debido orden, respetar al personal que gustosamente apoya para la realización de la práctica, y por favor cuidar de el equipo y materiales que nos facilitan; es nuestra obligación su conservación para que lo puedan utilizar las generaciones de estudiantes que vienen en los semestres posteriores a ustedes.

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Manual de prácticas de Termodinámica 2012

Instituto Tecnológico de Mérida Página 20

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA DEPARTAMENTO DE METAL-MECÁNICA

TERMODINÁMICA Práctica cuatro

“Transferencia de Calor, temperatura en una

sustancia y balance de energía”

Objetivo: El alumno deberá aprender a relacionar la cantidad de flujo de calor transferido hacia una sustancia, con la variación de temperatura de la misma, producida por el flujo de calor. Introducción.- Cuando se produce un flujo de calor hacia una sustancia, la energía interna de esta sustancia se incrementa, generando con este incremento una variación de temperatura que es de acuerdo a la cantidad de calor absorbido. El calor es la cantidad total de energía cinética molecular que pasa de un cuerpo a otro cuando se ponen en contacto estando a distinta temperatura.

Q= CALOR ABSORBIDO EN KCAL O JOULE. M = MASA DE LA SUSTANCIA EN Kg. C = CALOR ESPECÍFICO KCAL/ Kg-°C

ΔT = DIFERENCIA DE TEMPERATURA °C La ley cero de la termodinámica establece que el flujo de calor entre dos sistemas de diferentes temperaturas fluye del sistema de mayor temperatura hacia el de menor hasta alcanzar el equilibrio térmico.

CALOR SENSIBLE

Es la cantidad de calor que se le agrega a una

sustancia (o se le quita) y se refleeja en un

aumento de temperatura (o disminución) sin

producción algún cambio de fase en el estado

de la sustancia.

TmcQ

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Manual de prácticas de Termodinámica 2012

Instituto Tecnológico de Mérida Página 21

Los procesos de intercambio de calor son muy utilizados en los procesos industriales de transformación, en calentamiento de sustancias para la producción o en enfriamiento; como son en: pasteurizad oras, producción de aceites comestibles, columnas de destilación para licores o combustibles, producción de refrescos embotellados, enfriamiento para transformadores, condensadores de vapor, calderas, sistemas de aire acondicionado y refrigeradores; etc. La temperatura es un índice de medición que se refiere a la energía cinética media individual de las moléculas de un cuerpo o una sustancia.

Las escalas termométricas más utilizadas en el mundo son la escala Celsius y la de Fahrenheit; y también la Kelvin y la Rankin como escalas termométricas absolutas.

°F = 9/5 ° C + 32 y ° C = 5/9 (° F-32) Donde

°F = Cualquier valor de temperatura en la escala Fahrenheit.

° C = Cualquier valor de temperatura en la escala Celsius.

La escala de temperatura termodinámica en el sistema inglés es la llamada escala Rankin, honor a William Rankin (1820-1872). La unidad de temperatura en esta escala es el Rankin el cual se denota mediante la letra R. La escala Kelvin se relaciona con la escala Celsius por medio de:

T (K) = T (°C) + 273.15 La escala Rankin se relaciona con la escala Fahrenheit mediante:

T(R) = T (°F) + 459.67 El calor específico de una sustancia es la cantidad de calor en kilocalorías o en joule, que se requiere para elevar un grado centígrado un kilogramo de la masa de la sustancia, C, cada sustancia tiene su calor específico y es de importancia conocerlo para los intercambios de calor. Para dos fuentes de sustancias de diferentes temperaturas al tener contacto y generarse intercambio de calor lo que gana una sustancia es igual a lo que pierde el otro sino existen perdidas al ambiente.

Q = m1 C2 ΔT1 = m2 C2 ΔT2

Si son diferentes el calor cedido por la sustancia de mayor temperatura y el absorbido por la sustancia de menor, entonces existen perdidas en el proceso de intercambio. Como en la realidad sucede, para la termodinámica se pueden idealizar los procesos para simplificar los cálculos, pero siempre es necesario realizar los balances de energía en los procesos termodinámicos.

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Manual de prácticas de Termodinámica 2012

Instituto Tecnológico de Mérida Página 22

Figura 4.1.-Equivalencias de las escalas termométricas.

Material y equipo utilizado:

Trípode variable. Varilla soporte, 250mm.

Varilla soporte, 600 mm. Nuez doble.

Soporte para tubos de vidrio. Aro con nuez.

Rejilla con porcelana. Vaso de precipitados 250ml.

Vaso de precipitados 400ml. Matraz Erlenmeyer 100ml.

Termómetro alum. T50 -10...+110 Cronómetro.

Termómetro alum T100 -10...+110 Mechero de gas butano.

Mangueras para gas. Cerrillos o encendedor.

Termopares tipo K. Multímetro.

Metodología.

1. Montar con cuidado el material de soporte según la figura 4.3. 2. Poner en el matraz Erlemeyer 100 ml de agua a la temperatura ambiente. 3. Colocar el matraz en el interior del vaso de precipitados de 400 ml vacío,

centrarlo, sin que toquen las paredes. 4. Colocar los dos termómetros en el soporte para tubos vidrios. El de vástago

más largo se sumerge en el matraz Erlemeyer. El otro termómetro se coloca de manera que entre lo más profundo posible en el vaso de precipitados, pero sin tocar las paredes del matraz.

5. Verter 160 ml de agua en el vaso de precipitados de 250 ml.

6. Utilizar el mechero con la precaución debida y evitar incidentes.

7. Realizar los cálculos para determinar el balance de flujo de calor.

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Manual de prácticas de Termodinámica 2012

Instituto Tecnológico de Mérida Página 23

Procedimiento: 1. Caliente los 160 ml de agua hasta 80 °C que esta en el vaso de precipitados

de 250 ml. 2. Apunte los valores de la temperatura que va aumentando con el tiempo en la

tabla 4.1. 3. Con precaución, utilizando guantes, agarre el vaso de precipitados de 250 ml

y vierta el agua a 80 °C y viértalo en el vaso de precipitados de 400 ml. 4. Compruebe la profundidad de los termómetros y que no toquen las paredes

y ponga en marcha el cronómetro. 5. Medir las dos temperaturas del agua (A y B) y anotarlas en la tabla 4.2, en

intervalos de 30 seg. 6. Analice los datos recabados y los resultados obtenidos.

PRECAUCIÓN.-Realice todos los pasos tomando las precauciones pertinentes para evitar lastimarse o dañar el equipo.

Realice las lecturas con mucho cuidado porque le servirán para los cálculos del calor transferido y perdido en el ambiente.

Figura 4.2.-Estructura del soporte y calentamiento de los 160 ml de agua en el vaso de precipitados de 250 ml hasta los 80 °C.

Revise y lea con detenimiento sus conceptos de temperatura y calor sensible, como también el de balance de energía de acuerdo con la primera ley de la termodinámica, estos son los conceptos que se pretende reforzar con la realización de la práctica.

Reporte técnico de la práctica: 1. Calcular la cantidad de calor en Kcal y en

Joule, que absorbió los 160 ml de agua, también la rapidez con que lo absorbió.

2. Calcular la cantidad de calor que absorbió los 100 ml de agua del Erlemeyer en el interior del vaso de precipitado de 400 ml, y la rapidez promedio con que lo absorbió.

3. Calcular la cantidad de calor que se perdió en el ambiente y con que rapidez promedio.

4. Utilizando Excel graficar el proceso de elevación de temperatura con el tiempo con los valores de la tabla 4.1.

5. Utilizando Excel u otro programa graficar el comportamiento de las dos temperaturas con el tiempo (en una sola gráfica) de la tabla 4.2.

6. Analizar los resultados obtenidos y elaborar el reporte técnico de acuerdo con la estructura indicada en la sección del “reporte técnico de la práctica”.

7. Ilustrar el reporte técnico con dibujos, diagramas y/o fotografías.

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Manual de prácticas de Termodinámica 2012

Instituto Tecnológico de Mérida Página 24

Temperatura °C Tiempo min

T inicial 0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

6

6.5

80 °C Tiempo final

Tabla 4.1.-Temperaturas del proceso de calentamiento de 160 ml de agua. Figura 4.3.- Forma de armar el soporte e instalar los elementos que se utilizan para realizar la práctica de acuerdo al procedimiento descrito.

Estructura y contenido del reporte técnico.

1. Número y nombre de la práctica.

2. Objetivos de la práctica.

3. Marco teórico o principios físicos en los cuales se

sustenta la práctica.

4. Material y equipo utilizado.

5. Procedimiento aplicado para llevar a cabo la práctica.

6. Cálculos y análisis matemáticos realizados.

7. Presentación de resultados obtenidos y sugerencias

didácticas

8. Observaciones y conclusiones.

9. Bibliografías.

Figura 4.4.- Forma de colocar el Erlemeyer y los termómetros.

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Manual de prácticas de Termodinámica 2012

Instituto Tecnológico de Mérida Página 25

TEMPERATURA A°C TEMPERATURA B°C TIEMPO minutos observaciones

Temperatura inicial 80 00.0

Tabla 4.2.-Resultados de las mediciones de temperaturas durante el proceso de

intercambio de calor.

Expresión del balance de energía:

ENERGÍA QUE ENTRA – ENERGÍA QUE SALE = ENERGÍA ACUMULADA

Eficiencia = energía útil /energía suministrada

Sugerencias didácticas:

Describa las curvas que se trazaron con los valores de las tablas 4.1 y 4.2, en los procesos de transmisión de calor.

Al final del proceso de intercambio de calor entre el agua fría y la caliente, ¿cuales son las temperaturas para ambas y porque?

¿Hubiera sido diferente la curva de temperatura si durante la serie de mediciones se hubiera agitado el agua de uno o de los dos recipientes?

Explicar ampliamente el balance de calor que sucede en el proceso de intercambio de calor, tomando en cuenta el calor se cede al ambiente.

Explica de qué depende la valoración de “caliente y frío”.

¿Que porcentaje de calor se perdió en el ambiente?

Cuales y que tipo de termómetros utilizo en la realización de la práctica.

Explica ampliamente la capacidad calorífica o capacitancia calorífica.

Explica como determinar una escala termométrica y diseña una.

Define e explica como realizar un balance de energía.

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Manual de prácticas de Termodinámica 2012

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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA DEPARTAMENTO DE METAL-MECÁNICA

TERMODINÁMICA Práctica cinco.

“Escala Termométrica y sus temperaturas de

referencia”

Objetivo:

El alumno trazará la escala termométrica Celsius, obteniendo las temperaturas de

fusión del hielo y la de ebullición del agua, como puntos de referencia de

temperaturas constantes; en un termómetro que no tiene escala.

Introducción.- Andrés Celsius determinó su temperatura de punto de referencia fijo

inferior colocando su termómetro dentro de un recipiente con hielo y agua, bajo una

presión atmosférica al nivel del mar y cuando observó que la columna de mercurio

se estabilizó, marcó en el termómetro y definió este punto como cero grados

centígrados y luego el mismo termómetro, lo colocó en un recipiente que contenía

una mezcla de agua hirviendo y vapor, cuando la columna de mercurio se dilató lo

máximo y se mantuvo estable, tomó ésta como su temperatura de punto fijo

superior, marcándola en el termómetro, definiéndola como 100 grados centígrados,

luego entre las dos marcas hizo 100 divisiones iguales, elaborando la escala

Centígrada de temperaturas, actualmente escala Celsius

Las escalas Termométricas son las construidas para medir la temperatura,

establecidas por los puntos de referencia fijos de temperatura, constante o

temperaturas de punto fijo inferior y superior que se utilizan de referencia para fijar

y elaborar las escalas.

La temperatura es un índice de medición que se refiere a la energía cinética media individual de las moléculas de un

cuerpo o una sustancia.

Figura 5.1- Lobo mascota del Tecnológico apurándose aprender

Figura 5.2.- Las escalas termométricas se establecen de acuerdo a las necesidades o visión del diseñador, las divisiones que el autor establezca va de acuerdo a sus requerimientos o simplemente como le haya

convenido u ocurrido.

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Manual de prácticas de Termodinámica 2012

Instituto Tecnológico de Mérida Página 27

Material y equipo utilizado:

Trípode variable. Varilla soporte, 250mm.

Varilla soporte, 600 mm. Nuez doble.

Soporte para tubos de vidrio. Aro con nuez.

Rejilla con porcelana. Vaso de precipitados 250ml.

Hielo, un puñado Agitador de vidrio.

piedrecillas para fácil ebullición. Sedal.

Termómetro alum. T50 -10...+110 Cronómetro.

Termómetro sin graduar Mechero de gas butano.

Mangueras para gas. Cerrillos o encendedor.

Termopar tipo K. Multímetro.

Fotografía 5.1 y 5.2.-Instalación del termómetro sin escala en el interior del vaso de precipitados con hielo en pedazos monitoreando la temperatura con termopar tipo K.

Metodología.

1. Montar con cuidado el material de soporte según la figura 5.3. 2. Colocar en el termómetro sin graduar el papel para trazar la escala. 3. Poner en el vaso de precipitados hielo hasta la mitad, en pedazos, lo más

pequeños que se pueda. 4. Colocar el termómetro sin escala, colgado del soporte mediante el sedal y el

bulbo sensor deberá estar sumergido unos 2 centímetros dentro del hielo del vaso de precipitados, de tal forma que el bulbo sensor quede sumergido.

5. Instalar l termopar tipo K dentro del hielo y conectarlo al multimetro.

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Manual de prácticas de Termodinámica 2012

Instituto Tecnológico de Mérida Página 28

6. Colocar el termómetro de vidrio, insertado el bulbo sensor dentro del hielo.

Procedimiento:

1.-Observe las temperaturas iníciales que indican el multimetro y el termómetro de vidrio anotándolas en la tabla 5.1. 2.-Vierta agua fría en el vaso de precipitado, formando una mezcla de agua líquida y hielo, llamada mezcla de fusión, accionar el cronometro para llevar el tiempo del proceso. 3.-Con el agitador de vidrio agite la mezcla de fusión, (hielo y líquido) produciendo convección forzada, para que la temperatura se distribuya uniformemente. 4.-Cuando observe que la temperatura se ha estabilizado, apunte los valores que indican el multimetro y el termómetro con el tiempo en la tabla 5.1. 5.-Esta temperatura será la de fusión del hielo y será el punto de referencia inferior de la escala termométrica en el papel, marque cuidadosamente donde inicia. 6.-Con precaución, encienda el mechero y gradualmente caliente la mezcla de fusión hasta que se derrita el último pedazo de hielo, utilizando el cronometro lleve el tiempo y apuntarlo en la tabla 5.1. Calentar hasta que el agua llegue a su punto de ebullición, cuando se estabilice la temperatura, tomando esta como el punto de referencia superior de la escala termométrica, marque cuidadosamente en el papel del termómetro sin graduar. Con esta señalización tenemos los dos puntos de referencia... 7. Retirar con cuidado el mechero y

apagarlo, retirar el termómetro sin escala, sin desajustar el papel y medir en centímetros las indicaciones de las dos temperaturas del agua, luego hacer diez divisiones entre ellas y escribir la escala del termómetro.

8. realice de nuevo la práctica y compruebe la escala que elaboro para el termómetro.

9. Analice y compruebe los datos recabados y los resultados obtenidos.

Figura 5.3.- Forma de instalación para la práctica

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Manual de prácticas de Termodinámica 2012

Instituto Tecnológico de Mérida Página 29

Reporte de la práctica: 1. Analizar los resultados obtenidos y elaborar el reporte con la estructura

indicada en la sección correspondiente al reporte. 2. Reportar las tablas 5.1 y 5.2, de los valores de las temperaturas y los tiempos

en alcanzarlas, hacer las observaciones que considere pertinentes. 3. Trazar una gráfica de la longitud de la escala con los grados Celsius que le

corresponde, puede ser utilizando Excel. 4. Presentar la escala elaborada y determinar cuantos grados/centímetro. 5. Realice las siguientes observaciones: 6. ¿Cómo se comporta el líquido del termómetro mientras quedan trozos de

hielo en la mezcla de fusión? 7. ¿Cómo se comporta el líquido, cuando esta entre la fusión del hielo y la

ebullición? 8. ¿Cuándo esta hirviendo el agua, como se comporta el líquido del

termómetro? 9. ¿Cómo se comporta la escala en la gráfica grados-centímetros?

Tiempo seg Termopar °C Termómetro °C observaciones

0 inicial inicial

1 a b

2 c d

3 e f

4 h y

n n n

Tabla 5.1.- Tabla de temperaturas durante el proceso de elaborar la escala termométrica

Tiempo seg Termopar °C Termómetro °C Termómetro de

nueva graduación

Tabla 5.2.- Valores de comprobación de la validez de la escala trazada en el desarrollo de la práctica.

Determinar y elaborar las escalas Celsius y Fahrenheit de un termómetro de bulbo de aire de volumen constante con el método realizado en esta práctica, comprobar las escalas de estos termómetros de 0 °C hasta 40 °C, se considera un termómetro para temperaturas ambientes.

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Manual de prácticas de Termodinámica 2012

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Estructura y contenido del reporte técnico. 1. Número y nombre de la práctica.

2. Objetivos de la práctica.

3. Marco teórico o principios físicos en los

cuales se sustenta la práctica.

4. Material y equipo utilizado.

5. Procedimiento aplicado para llevar a

cabo la práctica.

6. Cálculos y análisis matemáticos

realizados.

7. Presentación de resultados obtenidos y

sugerencias didácticas

8. Observaciones y conclusiones.

9. Bibliografías. Figura 5.4.- Gráfica que indica como se comporta la dilatación del líquido del termómetro que se gradúo y se elaboro la escala Termométrica.

Fotografía 5.3.- Instalación de los elementos para realizar la práctica.

Favor de tomar las medidas de seguridad y precauciones al

realizar la práctica y no se distraiga con los otros compañeros.

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Manual de prácticas de Termodinámica 2012

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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA DEPARTAMENTO DE METAL-MECÁNICA

INGENIERÍA MECÁNICA

Práctica seis. “Determinación de la expansión volumétrica del

aire en un proceso de presión constante”.

Objetivo de la práctica:

Medir la dilatación de un volumen de aire que se va calentando

gradualmente en un proceso de presión constante y compararlo con el

comportamiento, de si lo consideramos como un proceso de gas ideal.

Introducción.

El aire es un gas real que se comporta como un gas imperfecto, aunque también en

muchos casos se puede idealizar y comportarse como un gas ideal, si calentamos

un volumen de aire se puede producir un incremento en su volumen o una

elevación en su presión, según el tipo de proceso de calentamiento se realice; en

esta práctica experimentaremos con un proceso donde la presión se mantendrá

constante y se considera un gas ideal, podrá comportarse de acuerdo a:

Pv/T = C ó p1v1/T1 = p2v2/T2 = C --------E1

Ecuación de estado de los gases ideales

En la que C es una constante de proporcionalidad, conocida como constante R,

que tiene un valor particular para cada gas, cambiando la expresión a pv/T = R.

La forma mas conocida de esta ecuación es pv = RT ……………………….E2

En el SI la presión debe estar en Pa, v es volumen especifico en m3/kg, T en °K y

°R es un valor para cada gas que se obtiene en tablas de gas en J/kg- °K ó N-m/

kg –°K

En el sistema inglés, p está en lbf/pie2, v en pie3/lbm, T en Rankin y la constante R

esta en lbf-pie/lbm –°R.

El coeficiente de dilatación volumétrica media se calcula mediante la siguiente

ecuación:

γ=ΔV/(V0XΔT) …………………E3

El porcentaje de expansión del volumen del aire se determina por la ecuación:

ΔV/V0 = (T1 – T0)/T0 …………E4; γ= 1/T0 ……………….E5

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Manual de prácticas de Termodinámica 2012

Instituto Tecnológico de Mérida Página 32

Material y equipo utilizado:

Trípode variable varillas soporte, 250mm y 600mm

Nuez doble soporte par tubo de vidrio

Aro con nuez rejilla con porcelana

Pinza universal agitador de vidrio

Vasos de precipitados, 100 ml, plástico y el de 400ml

Matraz Erlemeyer, 100 ml tubo de vidrio 80 ml

Tubo de vidrio 250 ml; dos unidades tapón de goma un orificio

Tubo flexible, transparente, 7x1.5 termómetro alum. T100

Cinta métrica, 2mts. Mechero Bunsen

Glicerina, cerrillos, rotulador, tijeras.

Metodología:

1. Montar con cuidado el material y

equipo sobre el soporte según la

figura 6.1.

2. Colocar la cinta métrica en el

soporte para tubos de vidrio.

3. Montar un manómetro de tubo en U

con los dos tubos de vidrios de

250mm y un trozo de tubo flexible

(aproximadamente 60 cms).

Colocarlo también en el soporte

para tubos de vidrio, con los dos

brazos a distinta altura (ver figura

6.1).

4. Verter agua en el manómetro con

ayuda del vaso de precipitados

pequeños, hasta que quede por

debajo del tubo de vidrio en el

brazo b (aproximadamente 0.5 cms).

5. Poner el tubo de vidrio pequeño en

el tapón de goma, y tapa

cuidadosamente el matraz

Erlemeyer Figura 6.1.-Montaje del material y equipo.

6. Colocar el matraz Erlemeyer en el vaso de precipitados, sujetándolo con la

pinza universal, de manera que quede lo más profundo posible.

7.- Llenar completamente con agua el vaso de precipitados de 400 ml.

8.- Empalmar el tubo de vidrio del tapón al manómetro con un tubo flexible.

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Manual de prácticas de Termodinámica 2012

Instituto Tecnológico de Mérida Página 33

Procedimiento:

1. Anotar la temperatura inicial T0 del agua del

vaso de precipitados, donde esta sumergido el

matraz Erlemeyer.

2. Poner a la misma altura el menisco del agua en

los brazos a y b, en el manómetro en U, así, la

presión del aire dentro del Erlemeyer es igual a

la presión atmosférica.

3. Marcar el nivel del agua en el brazo “a” con un

rotulador.

4. Calentar el agua por unos instantes,

aproximadamente 15 segundos, retirar el

mechero, y la temperatura del agua deberá

subir 1°C, más o menos, controlar dentro lo

posible.

5. Agitar entre 1 y 2 minutos el agua para que el

aire del matraz Erlemeyer alcance el equilibrio

térmico con el agua.

6. Anotar la temperatura del agua en la tabla 6.1.

7. Poner el nivel del agua en los dos brazos del manómetro a la misma altura, (a

y b) bajando el brazo b hasta que los niveles se igualen.

8. Medir en el brazo “a” la distancia Δl desde el nivel inicial que indica la marca

trazada en el paso 3, anotarla en la tabla 6.1.

9. Calentar el aire del Erlemeyer paso a paso, y anotar los distintos valores de

Δl en función de su temperatura.

TIEMPO DE CALENTAMIENTO,

seg

TEMPERATURA

°C

Δl cms

ΔV cms3

Tabla 6.1.- Cambios de temperaturas con los de Δl y de volúmenes del aire.

Reporte de la práctica:

1. Calcular en cada uno de los pasos la diferencia de temperatura ΔT con

respecto a la temperatura inicial ΔT = T-T0

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Manual de prácticas de Termodinámica 2012

Instituto Tecnológico de Mérida Página 34

2. Calcular en cada paso la variación del volumen a partir del incremento

longitudinal Δl, el diámetro del tubo de vidrio es d= 0.5 cm.

ΔV = (d/2)2 x π x Δl

3. Trazar una gráfica donde se represente el incremento de volumen ΔV (eje Y)

en función del incremento de temperatura ΔT (eje X).

4. Determinar el volumen de aire del matraz Erlemeyer V0; llenándolo de agua

hasta el tapón, con una probeta graduada determinar el volumen; convertir

las temperaturas en escalas absolutas (grados Kelvin); trazar una gráfica V

en función de la temperatura absoluta T.

5.-Calcular el coeficiente de expansión volumétrica del aire a presión

constante con los valores obtenidos en la práctica (E3); representa la

pendiente de la recta obtenida en la gráfica; determinar el porcentaje de

dilatación (E4) comparar ambos resultados con el valor de la ecuación (E5).

6.-Trazar una gráfica volumen (eje Y) en función de la temperatura absoluta

(eje X) utilizando la ecuación de estado de los gases ideales a un proceso a

presión constante y compararla con la obtenida en el punto 4.

7.-Realizar el reporte de acuerdo a la estructura presentada en las prácticas

anteriores.

Notas importantes:

Al introducir los termómetros y tubos de vidrio en los tapones de goma

ponerles siempre glicerina, para disminuir el riesgo de romperlos.

Para llenar el manómetro se utiliza el vaso de precipitados pequeño. El

agua entra mejor en un tubo flexible que en un tubo de vidrio. Para llenar

un tubo de vidrio ponerle un tubo de hule.

Al calentar el agua, el aro y la rejilla se ponen muy calientes, tener

cuidado, para no quemarse.

El matraz Erlemeyer se debe tapar bien para que no tenga fugas de aire al

calentarlo y dar errores en las mediciones.

Al principio los brazos del manómetro (a y b) se deben colocar a distinta

altura, para que siempre se pueda poner el agua al mismo nivel en los

dos, desplazándolos.

El manómetro se debe llenar lentamente, para que no quede ninguna

burbuja. Se llena con el vaso de precipitados pequeño, empalmando un

pedazo de tubo flexible en el extremo de los tubos de vidrio.

Paras obtener suficientes puntos de medida las variaciones de

temperatura deben de ser de 1°C, por lo que el calentamiento debe ser

muy breve.

El contacto térmico entre el aire y el termómetro es malo, por lo que la

temperatura se mide en el agua. Esto requiere un cuidadoso equilibrio

térmico entre el agua del vaso de precipitados y el aire del matraz

Erlemeyer, agitar y esperar.

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Manual de prácticas de Termodinámica 2012

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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA DEPARTAMENTO DE METAL-MECANICA

TERMODINÁMICA

Práctica siete. “Determinación del aumento de la presión

en un sistema de volumen de aire en un

proceso de incremento de temperatura a

volumen constante”.

Objetivo de la práctica:

Medir los cambios de presión de un volumen de aire determinado, que se va

calentando gradualmente en un proceso de volumen constante y comparar, la

relación de la temperatura y la presión con el comportamiento de si al aire lo

consideramos como un gas ideal.

Introducción.

El aire es un gas real que se comporta como un gas imperfecto, aunque también en

muchos casos se puede idealizar y considerar que se comporta como un gas ideal,

si calentamos un volumen de aire se puede producir un incremento en su volumen

o una elevación en su presión, según el tipo de proceso de calentamiento que se

realice; en esta práctica experimentaremos con un proceso donde el volumen del

aire se mantiene constante y la presión cambiará en relación como cambie la

temperatura y si se considera su comportamiento como un gas ideal podrá

comportarse de acuerdo a:

Pv/T = C ó p1v1/T1 = p2v2/T2 = C …….E1

Ecuación de estado de los gases ideales

En la que C es una constante de proporcionalidad, conocida como constante R,

que tiene un valor particular para cada gas, cambiando la expresión pv/T = R.

La forma mas conocida de esta ecuación es pv = RT ……….E2

En el SI la presión debe estar en Pa, v es volumen especifico en m3/kg, T en K y

R es un valor para cada gas que se obtiene en tablas de en J/kg- K ó N-m/ kg °K

En el sistema inglés, p está en lbf/pie2, v en pie3/lbm, T en Rankin y la constante R

esta en lbf-pie/lbm –R.

La presión del aire se determina con la diferencia de altura y el peso específico del

agua del manómetro en U, más la presión atmosférica.

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Manual de prácticas de Termodinámica 2012

Instituto Tecnológico de Mérida Página 36

Cuando el proceso es a volumen constante, la presión queda en función de la

temperatura, si lo consideramos como un gas ideal:

p1/T1 = p2/T2 …………………E3

T2 = T1 P2 /P1 despejando de E3

Material y equipo utilizado:

Trípode variable varillas soporte, 250mm y 600mm

Nuez doble soporte par tubo de vidrio

Aro con nuez rejilla con porcelana

Pinza universal agitador de vidrio

Vasos de precipitados, 100 ml, plástico y el de 400ml

Matraz Erlemeyer, 100 ml tubo de vidrio 80 ml

Tubo de vidrio 250 ml; dos unidades tapón de goma un orificio

Tubo flexible, transparente, 7x1.5 termómetro alum. T100

Cinta métrica, 2mts. Mechero Bunsen de butano

Glicerina, cerrillos, rotulador, tijeras.

Metodología:

1. Montar con cuidado el material y equipo

sobre el soporte según la figura 7.1.

2. Colocar la cinta métrica en el soporte

para tubos de vidrio.

3. Montar un manómetro de tubo en U con

los dos tubos de vidrios de 250mm y un

trozo de tubo flexible (unos 60 cms).

Colocarlo también en el soporte para

tubos de vidrio, con los dos brazos a

distinta altura (ver figura 7.1).

4. Verter agua en el manómetro con ayuda

del vaso de precipitados pequeños, hasta

que quede por debajo del tubo de vidrio

en el brazo b (aproximadamente 0.5 cms).

5. Poner el tubo de vidrio pequeño en el

tapón de goma, y tapa cuidadosamente el

Figura 7.1.-Montaje del material y equipo matraz Erlemeyer.

6. Colocar el matraz Erlemeyer en el vaso de precipitados, sujetándolo con la

pinza universal, de manera que quede lo más profundo posible.

7. Llenar completamente con agua el vaso de precipitados de 400 ml.

8. Empalmar el tubo de vidrio del tapón al manómetro con un tubo flexible.

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Manual de prácticas de Termodinámica 2012

Instituto Tecnológico de Mérida Página 37

Procedimiento:

1. Anotar la temperatura inicial T0 del agua del vaso de precipitados, donde

esta sumergido el matraz Erlemeyer.

2. Poner a la misma altura el menisco del agua en los brazos a y b, en el

manómetro en U, así, la presión del aire dentro del Erlemeyer es igual a la

presión atmosférica.

3. Marcar el nivel del agua en el brazo “a” con un rotulador.

4. Calentar el agua por unos instantes, aproximadamente 15 segundos, retirar

el mechero, y la temperatura del agua deberá subir 1°C, más o menos,

controlar dentro lo posible.

5. Agitar entre 1 y 2 minutos el agua para que el aire del matraz Erlemeyer

alcance el equilibrio térmico con el agua.

6. Anotar la temperatura del agua en la tabla 7.1.

7. Poner el nivel del agua del brazo “a” del manómetro a la altura de la marca

inicial (bajar el brazo “a”).

8. Medir en el manómetro la distancia Δl desde el nivel inicial que indica la

marca trazada en el lado “a” y el nivel superior del agua del brazo “b”,

anotarla en la tabla 7.1.

9. Calentar el aire del Erlemeyer paso a paso, y anotar los distintos valores

obtenidos de Δl, de la temperatura indicada por el termómetro y del

incremento de presión.

TIEMPO DE CALENTAMIENTO sg

TEMPERATURA C Δl cms ΔP Pa y mm de H2 O

Tabla 7.1.- Cambios de temperaturas y de Δl y de las presiones del volumen de aire.

Reporte de la práctica:

1. Calcular en cada uno de los pasos la diferencia de temperatura ΔT con

respecto a la temperatura inicial ΔT = T-T0

2. Calcular en cada paso la variación dela presión a partir del incremento

longitudinal Δl, ΔP = Δl x Pe del agua

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Manual de prácticas de Termodinámica 2012

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3. Trazar una gráfica donde se represente el incremento de volumen ΔP (eje Y) en función del incremento de temperatura ΔT (eje X).

4. Determinar la presión absoluta que se obtiene en cada lectura sumando la presión atmosférica a la ΔP calculada y elaborar una tabla de presión absoluta y temperatura absoluta obtenidas en las lecturas, convertir las temperaturas en escalas absolutas (grados Kelvin); trazar una gráfica P en función de la temperatura absoluta T.

5. Calcular el coeficiente de aumento de presión con la temperatura con los valores obtenidos en la práctica (E3); representa la pendiente de la recta obtenida en la gráfica;

6. Trazar una gráfica presión absoluta (eje Y) en función de la temperatura absoluta (eje X) utilizando la ecuación (E3); de estado de los gases ideales a un proceso a volumen constante, compararla y analizarla con la obtenida en el punto 4.

7. Realizar el reporte de acuerdo a la estructura presentada en las prácticas anteriores.

Notas importantes:

al introducir los termómetros y tubos de vidrio en los tapones de goma ponerles siempre glicerina, para disminuir el riesgo de romperlos.

Para llenar el manómetro se utiliza el vaso de precipitados pequeño. El agua entra mejor en un tubo flexible que en un tubo de vidrio. Para llenar un tubo de vidrio ponerle un tubo de hule.

Al calentar el agua, el aro y la rejilla se ponen muy calientes, tener cuidado, para no quemarse.

El matraz Erlemeyer se debe tapar bien para que no tenga fugas de aire al calentarlo y dar errores en las mediciones.

Al principio los brazos del manómetro (a y b) se deben colocar a distinta altura, para que siempre se pueda poner el agua al mismo nivel en los dos, desplazándolos.

El manómetro se debe llenar lentamente, para que no quede ninguna burbuja. Se llena con el vaso de precipitados pequeño, empalmando un pedazo de tubo flexible en el extremo de los tubos de vidrio.

Paras obtener suficientes puntos de medida las variaciones de temperatura deben de ser de 1°C, por lo que el calentamiento debe ser muy breve.

El contacto térmico entre el aire y el termómetro es malo, por lo que la temperatura se mide en el agua. Esto requiere un cuidadoso equilibrio térmico entre el agua del vaso de precipitados y el aire del matraz Erlemeyer, agitar y esperar.

La presión aumenta al aumentar la temperatura. La relación medida es prácticamente lineal.

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Manual de prácticas de Termodinámica 2012

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TERMODINÁMICA

PRÁCTICA OCHO “DETERMINACION DE LA CAPACIDAD

CALORIFICA ESPECÍFICA DE VARIOS LIQUIDOS”.

Objetivos de la práctica: El alumno comprenderá el concepto de la propiedad Termodinámica de la

capacidad calorífica específica de las sustancias.

Practicar una metodología para determinar la capacidad calorífica específica de varios líquidos, como le agua, aceite, leche y otros.

Levantar un reporte técnico del desarrollo de la practica, con el contenido requerido y presentando la documentación con calidad.

Aplicar la conversión de la potencia eléctrica a su equivalencia de calor.

Marco teórico: El calor esta definido como la forma de energía que se transfiere entre dos sistemas; o entre un sistema y sus alrededores, debido exclusivamente a una diferencia de temperaturas. La capacidad calorífica especifica es la cantidad de calor que un gr de sustancia requiere absorber para elevar su temperatura 1°C, es una propiedad termodinámica muy importante para determinar la cantidad de calor requerida para un proceso de intercambio de calor en sistemas reales e ideales. Se determina por la ecuación de calor sensible y su unidad es dada por:

Q = mcΔT entonces c = Q/ mΔT

POTENCIA ELÉCTRICA = voltaje x amperaje Q = calor absorbido en Kcal, cal, KJ, j o BTU m = masa de la sustancia en Kg, gr, Lb, ΔT = diferencia de temperaturas en °C, °F, °K, °R C = capacidad calorífica específica de la sustancia. C = Kcal/Kg °C ó cal/gr °C ó J/Kg °C (unidades homogéneas) Potencia eléctrica en watts, kilowatts, J/s, KJ/s

Los electrones que cruzan los límites o fronteras de un sistema, realizan trabajo eléctrico sobre el sistema. En un campo eléctrico los electrones en un alambre se mueven por el efecto de fuerzas electromotrices, por lo tanto realizan trabajo. si la energía eléctrica fluye por una resistencia, la potencia eléctrica se convertirá en una cantidad equivalente al calor generado por la resistencia. En una corriente directa, si tanto V como I se mantienen constantes, durante un intervalo de tiempo “t”, entonces la energía total utilizada durante este tiempo, se determina:

Energía eléctrica = (V x I) x t

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Equivalente a la cantidad de calor que disipo la resistencia, Watts-hora, Kwatts-hr, 1Kwatts-hr = 3600 KJ, 1cal = 4.184 J

Material y equipo utilizado:

Tapa para calorímetro Bobina calefactora con casquillos

Vaso de precipitados, 100 ml, plástico Vaso de precipitados 400 o 300 ml

Probeta graduada Cronómetro

Fuente de alimentación Balanza universal

Bloque de nieve seca como aislante térmico

Agitador Planchas de fieltro verde

Vaso de precipitados 250 ml Pipeta con caperuza de goma

Termómetros y termopar Cables, 50 cm, azul y rojo, 10A

Agua, glicerina, leche, aceite, etc. MultÍmetro, matraz Erlenmeyer, 250ml

Procedimiento: 1.- Llenar de agua el vaso de precipitado de plástico. 2.- Medir con precisión en la probeta, (utilizar la pipeta) 100 ml del agua del vaso de precipitados y vaciarlos en el vaso del interior del calorímetro. 3.-Colocar el calorímetro la tapa del fieltro con el termómetro, el filamento y el agitador. 4.-Conectar con los cables (azul y rojo) a la salida del voltaje. Figura 8.1.- Calorímetro e instalación del amperímetro 5.-Anotar la tensión del filamento en la parte superior de la tabla 8.1, el amperaje y la potencia eléctrica que se utilizara durante la practica. 6.-Poner el Multimetro en rango de 10 A y conectarlo en serie como amperímetro, asegúrese que la fuente de alimentación este apagada. 7.-Medir la temperatura inicial del agua dentro del calorímetro y anotarla en la tabla 8.1 en el tiempo 0 8.-Se debe medir la temperatura del agua o liquido que contenga el calorímetro cada minuto hasta completar los 10 minutos. Entre las lecturas agitar regularmente el agua, anotar los valores en la tabla 8.1 y también anotar la intensidad de la corriente del circuito calefactor.

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9.-Colocar el calorímetro en la cavidad del bloque de nieve seca que se hizo previamente, utilizándolo como aislante térmico, para considerarlo adiabático. 10.-Al completar los 10 minutos de calentamiento, apagar la fuente de alimentación, no dejarla prendida

11.-Vaciar el agua del recipiente del calorímetro y enfríalo para colocar otro líquido como leche, aceite o glicerina. 12.- Repetir todo el procedimiento con el nuevo fluido; leche o aceite u otro. 13.- Al terminar cambiar de nuevo de líquido hasta completar la práctica.

. Fotografías 8.1 y 8.2.-Calorimetro y fuente de alimentación y otros equipos.

Figura 8.2.-

Instalación del sistema calefactor, conexión del filamento con la fuente de alimentación y los multimetros.

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Manual de prácticas de Termodinámica 2012

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Figura 8.3.- Gráfica del proceso de calentamiento de los diferentes líquidos que se experimentaron para determinar su capacidad calorífica específica (gráfica

temperatura vs tiempo de calentamiento.

Tabla 8.1. Lecturas de las temperaturas de los diferentes líquidos.

Tabla 8.2 Capacidad calorífica, cantidad de calor y potencia eléctrica.

Poner las unidades que va a utilizar para cada variable.

Lectura (min) TIEMPO

Temp. Agua (°C)

Temp leche (°C)

Temp. Aceite (°C)

Amper voltaje

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Sustancia potencia eléctrica

cantidad de calor

Capacidad calorífica

Densidad Peso especifico

Agua Leche Aceite Otros

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Reporte técnico de la práctica:

Elaborar el reporte de acuerdo a la sección de “Reporte de prácticas”.

Presentar los resultados de las tablas 8.1 y 8.2.

Trazar las graficas de los procesos de calentamiento de los diferentes líquidos tratados, tiempo- temperatura, para cada fluido.

Calcular la potencia eléctrica, la cantidad de energía consumida por el filamento, el calor que absorben los líquidos y la capacidad calorífica o capacitancia térmica de cada líquido.

Ilustrar el reporte con dibujos, diagramas y/o fotografías.

Con la investigación bibliográfica sobre el tema, aporte y enriquezca el reporte con su estilo personal.

Revise cuidadosamente el contenido del reporte para evitar las faltas de ortografía y redacción.

Nota importante.- En el laboratorio durante el desarrollo de la práctica, deberán mantener el debido orden, respetar al personal que gustosamente apoya para la realización de la práctica, y por favor cuidar de el equipo y materiales que nos facilitan; es nuestra obligación preocuparnos por su conservación para que lo puedan utilizar las generaciones de estudiantes que vienen en los semestres posteriores a ustedes.

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DEPARTAMENTO DE METAL-MECÁNICA

TERMODINÁMICA

Practica # 9

Nombre: “Determinación de la eficiencia de un motor

eléctrico”

Objetivo:

Entender los conceptos de trabajo, potencia y determinar la eficiencia de un motor eléctrico, relacionando el trabajo realizado al subir un peso y su consumo de energía eléctrica. Introducción: Cuando un motor eléctrico realiza trabajo mecánico elevando una carga, consume una cantidad de energía eléctrica equivalente para sostener la capacidad de elevación de la carga en un tiempo determinado, este trabajo entre el tiempo realizado indica la potencia que es la velocidad con que se realiza el trabajo, la eficiencia del sistema es la relación del trabajo útil realizado por el motor y la energía eléctrica suministrada al motor.

Trabajo = WxH Potencia = trabajo/tiempo = WxH/t W- PESO

H-

ALTURA

Potencia eléctrica = VxI V-VOLTAJE I-

AMPERAJE

EFICIENCIA = TRABAJO ÚTIL/ TRABAJO SUMINISTRADO

Eficiencia del motor = potencia mecánica/ potencia eléctrica

Eficiencia del motor = WxH/t / VxI las unidades deben de ser homogéneas

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Manual de prácticas de Termodinámica 2012

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Equipos y material utilizado:

Tablero de conexión (1) Alambre en bloque de conexión (5) Conmutador--- (1) Portalámparas E10 (1) Cable de conexión, 50cm, rojo- (2) Cable de conexión, 50cm, azul (2) Cable de conexión, 25cm, rojo (2) Cable de conexión, 25cm, azul (2) Bombilla, 6v/0,5 A, E10, 1PZ (1) Multímetro (2) Fuente de alimentación12V-/6V~/12V (1) Peso con agujero (1) Material de soporte: Motor con engranaje, 12VDC - (1) Base de soporte variable (1) Fotografía 9.1.- Multímetro y fuente. Varilla de acero inoxidable, 250 mm - (1) Varilla de soporte, acero inox. 600mm - (2) Doble nuez - (1) Hilo de pescar, necesita aproximadamente 60cm (1) Cronometro Cinta métrica Cinta adhesiva o plástico esponjoso

Metodología:

1. Prepare el montaje mecánico tal como se muestra en la fig.1 2. Separe las dos partes de la base del soporte y conéctelos lateralmente,

con una varilla de soporte corto. 3. Sujete con la doble nuez el motor a la parte mas alta de uno de los dos

soportes largos y nivélelo de tal manera que la cuerda de la polea este directamente junta a la segunda varilla de soporte largo.

4. Sujete el peso al gancho que esta al final del hilo de pescar y deslice hacia abajo hasta la segunda varilla de soporte como lo muestra la fig.1

5. Pase el otro extremo del hilo de pescar por la parte posterior del agujero de la polea, átelo con un nudo y páselo sobre la ranura de la polea con menor diámetro.

6. En vuelva cinta adhesiva, plástico esponjoso o similar a unos 5cm sobre el extremo mas debajo de la varilla de soporte. Esto actuara como freno para el cuerpo (peso) y evitara que caiga sobre la base del soporte si el hilo de pescar se rompiera.

7. Conecte el motor eléctricamente hacia arriba como se muestra en la fig.2 8. ¡IMPORTANTE! La tensión del motor debe ser solo de unos 4V. 9. Seleccione los rangos de medición a 10V- y 3A 10. Primero coloque el conmutador en la posición 2(motor apagado) 11. Fije la fuente de alimentación a 0 V.

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Manual de prácticas de Termodinámica 2012

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Procedimiento:

1. Encienda la fuente de alimentación, ajuste la fuente a una tensión de 4 v- y la corriente a 2 A.

2. Mueva el peso a la posición mas baja (el hilo de pescar debería estar levemente tenso).

3. Coloque el conmutador en la posición 1(motor encendido) 4. Con el cronometro, tomar el tiempo que emplea el peso en su recorrido. 5. Sostenga el peso (cuerpo) firmemente cuando tope contra el motor arriba

de el y ponga el conmutador en la posición 2. 6. Deje caer el peso, obsérvelo, así como también, la lámpara. 7. Incremente el peso agregándole otras pesas, w, para experimentar. 8. Repita varias veces este procedimiento y anote sus observaciones. 9. Realizar la práctica con cuidado para que sean exactas las mediciones.

PESO VOLTAJE AMPER TIEMPO POTENCIA TRABAJO eficiencia

W1

W2

W3

W4

W5

Tabla 9.1.- Presentación de datos y resultados de la práctica.

Figura 9.3.- Ilustración de cómo se instala el

motor eléctrico en los soportes y el peso que

se va a subir sobre el cual se realiza el trabajo

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Manual de prácticas de Termodinámica 2012

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Fotografía 9.2.- Equipo y forma de armarlo.

Reporte técnico de la práctica.

Realizar el reporte de acuerdo a lo indicado en la sección de” reporte dela práctica”.

Reportar el desarrollo de la realización de la práctica en los diferentes momentos.

Graficar la potencia desarrollada por el motor eléctrico y la eficiencia obtenida.

Ilustrar la práctica con dibujos y/o fotografías.

Establecer las diferencias fundamentales de las variables obtenidas.

Citar como se puede aplicar en la industria lo realizado en esta práctica.

Aportar al reporte lo que considere beneficioso para el estudiante.

W

V

H

FUENTE

DE ALIMENTACION

MOTOR ELECTRICO DE

12 VDC A

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Manual de prácticas de Termodinámica 2012

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TERMODINÁMICA Práctica diez.

“Determinación de la calidad del vapor mediante calentamiento de agua.

Objetivos de la práctica:

El alumno deberá comprender el concepto de la propiedad termodinámica de la calidad y humedad de un vapor húmedo, o mezcla de vapor y líquido.

Observar la generación de vapor mediante un proceso a presión constante y las temperaturas durante el proceso.

Determinar la diferencia entre calor sensible y calor latente de evaporización de un líquido.

Determinar la calidad de un vapor de agua, mediante una metodología establecida.

Experimentar la mezcla del vapor de agua con agua fría y determinar el intercambio de calor.

Levantar un reporte técnico del desarrollo de la práctica, con el contenido requerido y presentando con calidad la documentación.

Introducción. El calor está definido como la forma de energía que se transfiere entre dos sistemas; o entre un sistema y sus alrededores, debido exclusivamente a una diferencia de temperaturas. El calor sensible sele denomina a la cantidad de calor que recibe una sustancia y toda la energía absorbida en incrementar su energía interna y por esto en aumentar su temperatura, se calcula con la siguiente formula:

Q = mcΔT

Q cantidad de calor absorbida o cedida, Kcal, cal, joule, kJoule

Q flujo de calor por unidad de tiempo, Kcal/hora, cal/seg, joule/seg, KJ/seg

C capacidad calorífica específica Kcal/ kg-°C, cal/ gr-°C,Joule/ gr-°C, KJ/Kg-°C

ΔT diferencia de temperaturas, °C; m masa de la sustancia, Kg, gr

1 W = 1 J/s, 1KW = 1.341 hp, 1hp = 745.7 W, 1KW- h = 3600 KJ, 1cal = 4.184 J

El calor latente de evaporización es la cantidad de calor que se requiere para evaporar un kilogramo de agua en condiciones de líquido saturado hasta vapor saturado a la misma temperatura de saturación, su valor se encuentra en las tablas de vapor, como también sus otras propiedades intensivas. El calor latente de vaporización para el agua a una presión atmosférica es de 540 Kcal/Kg y su temperatura de saturación de 100°C.

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Manual de prácticas de Termodinámica 2012

Instituto Tecnológico de Mérida Página 49

La calidad de una mezcla de vapor saturado y de líquido saturado, es el % en peso del vapor presente en un kilogramo de la mezcla; y la humedad es el % en peso del líquido saturado que contiene la mezcla en un kilogramo de vapor húmedo.

X =Vapor /Vapor + Líquido

Material y equipo utilizado:

Tapa para calorímetro Agitador Planchas de fieltro Trípode variable Vaso de precipitados, 400 ml, Vaso de precipitados 250 ml Matraz Erlenmeyer, 100 o más mililitros Pipeta con caperuza de goma Probeta graduada Termómetros y termopar Cronometro Tubos de vidrios de 80 y 250 ml Tubo flexible, transparente Gas butano Piedrecitas para fácil ebullición, 200 gr Cerrillos o encendedor Balanza universal Glicerina Bloque de nieve seca como aislante térmico. Aro con nuez Tapón de goma; de uno o dos orificios Nuez doble Soporte para tubo de vidrio Rejilla con porcelana Pinza universal Guantes Vaso de precipitados de 400 ml

Fotografía 1.- Calorímetro con

termómetro y agitador.

Metodología: 1. Monta el material de soporte como indica la figura 10.1,

colocar la rejilla cerca de 2 cm de la cabeza del mechero. 2. Montar un recipiente aislado (calorímetro) con dos vasos de

precipitados (250 y 400 ml) e insertar las dos placas de fieltro. 3. Colocar el tubo de vidrio con el tubo flexible que viene del

tapón del Erlenmeyer. 4. Colocar el termómetro (8 mm) y el agitador (5 mm) en los

orificios correspondientes de la tapa del calorímetro. 5. Si se utiliza el tapón de hule de dos orificios introducir l

termómetro en uno de ellos y el tubo de vidrio en el otro, hacerlo con cuidado para no quebrarlos, utilizar un poco de glicerina, si tiene el tapón de un solo orificio, insertar solo el tubo de vidrio con el flexible.

6. Colocar el calorímetro ya conformado dentro de la cavidad del bloque de nieve seca del diámetro del vaso exterior del calorímetro.

7. Auxiliarse de las figuras 10.1 y 10.2 para instalar su equipo a utilizar en la práctica.

8. Tome todas las precauciones al realizar la práctica y tenga cuidado de no provocar accidentes.

9.- Por el tubo flexible y el tubo de vidrio que se inserta en el calorímetro pasa vapor de agua, que esta caliente a 100°, debe mantenerse siempre el orificio de salida del tubo de vidrio hacia abajo, para no dirigir el vapor que saldrá, hacia la cara u otra parte del cuerpo y generar alguna quemada.

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Manual de prácticas de Termodinámica 2012

Instituto Tecnológico de Mérida Página 50

10. Al medir los volúmenes de agua hacerlo con certeza, para evitar incurrir a errores y dar malos resultados, hacerlas con mucho cuidado. 11.- Introducir 2 piedrecillas al agua del matraz Erlemeyer para mejorar la ebullición y colocarlo en la rejilla y sujétalo con la pinza universal.

Figura 10.1.-Instalación del equipo. Figura 10.2.- Proceso de calentamiento con vapor.

Procedimiento a realizar: 1. Verter exactamente 200 ml de agua fría en el calorímetro, medirlo con la

pipeta y la probeta graduada y anota el valor del volumen V1. 2. Con el termómetro del calorímetro mide la temperatura del agua y anotarla

T1. 3. Verter suficiente agua en el matraz Erlemeyer y calentar el agua del hasta

que hierva, si tiene el tapón de dos orificios medir la temperatura inicial con el termómetro y anotarlas con el tiempo de medición, auxiliarte con un cronometro,

4. Observar si en el extremo del tubo de vidrio insertado en la manguera flexible, sale vapor de agua (todavía se mantiene fuera del calorímetro).

5. Cuando el agua del Erlemeyer haya hervido durante aproximadamente 2 minutos, observando que no salgan gotas de agua, sino que solo vapor.

6. Tomar el tubo de vidrio, tomarlo por el soporte, e introdúcelo en el orificio grande de la ranura de la tapa del calorímetro hasta que su extremo se sumerja en el agua del interior.

7. Permitir durante 2 minutos el paso del vapor hacia el agua del calorímetro o hasta que alcance 60 °C la temperatura del agua, agitar constantemente y con cuidado para acelerar la mezcla.

8. Retirar inmediatamente el mechero y el tubo de vidrio del calorímetro sujetándolo de nuevo en la varilla, apagar el mechero.

9. Agite cuidadosamente el agua de la mezcla y tome la lectura de su temperatura Tm, anotarla; medir también el volumen de la mezcla auxiliándose de la probeta graduada anotarla Vm.

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Manual de prácticas de Termodinámica 2012

Instituto Tecnológico de Mérida Página 51

10. Al terminar la práctica, limpiar todo el equipo, colocarlo en su caja y colocar las bancas en su lugar, por favor y gracias.

Reporte de la práctica:

1. Realizar el reporte de acuerdo a la estructura presentada en el formato

“Reporte de práctica”.

2. Realizar los cálculos que se requieran y elaborar la tabla de presentación de

datos.

3. Graficar las temperaturas del calentamiento y ebullición del agua dentro del

matraz Erlemeyer y las temperaturas del calentamiento del agua en el

calorímetro con el tiempo en que se lleva acabo.

4. Determinar la masa del agua (m1), la masa de la mezcla (mm) y la masa del

vapor que se introduce al agua del calorímetro,

a. Vapor = mm – m1

5. Calcular la entalpía del agua al iniciar (H1 = Q1) y la entalpía de la mezcla(Hm =

Qm ), la diferencia de estas dos dará como resultado la entalpía del vapor,

HVAPOR ,

a. La capacidad calorífica específica del agua es = 4.19 Joule / g-°C.

6. Determinar la entalpía específica del vapor que se introdujo al agua del

calorímetro

a. h vapor = HVAPOR / mVAPOR

7. Utilizando la tabla termodinámica de vapor de agua saturada determinar la

entalpía para líquido saturado y la de vaporización, con estos valores

calcular la calidad del vapor que se mezclo con el agua; mucho cuidado con

las unidades.

h vapor = hf + Xhfg ; hf liquido saturado y hfg evaporización

Despejar y determinar la calidad del vapor que se mezcla con el agua del calorímetro.

Tiempo Temperatura del agua a vaporizar Temperatura del agua del calorímetro

Tabla 10.1.- Temperaturas medidas en el Erlemeyer y en el calorímetro.

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Manual de prácticas de Termodinámica 2012

Instituto Tecnológico de Mérida Página 52

Felicidades a todos los alumnos que hayan realizado

las prácticas del presente manual y deseamos que les

tengan los beneficios que las prácticas del laboratorio

les ofrecieron, se les desea el mejor de los éxitos y

que continúen con su preparación para alcanzar las

metas de adquirir conocimientos, habilidades,

actitudes y experiencias que los harán mejores

personas y profesionales, les felicitan los maestros y

asistentes del laboratorio de física.

Mérida, Yucatán a 30 de enero del 2012