INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS

EXTRACTIVAS.

DEPARTAMENTO DE FORMACIÓN BÁSICA

TEMODINÁMICA BÁSICA

PRACTINA No. 8

PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA EN LA DETERMMINACIÓN DEL TIPO DE MÁQUINA QUE

CORRESPONDE A UN CICLO

NOMBRE DE LA PROFESORA

ING. SARAID CERECEDO GALLEGOS

GRUPO:1PM2

INGENIERIA QUÍMICA PETROLERA

EQUIPO 3

INTEGRANTES DEL EQUIPO:

GARCÍA ESCOBAR DANIEL ____________

GÓMEZ CASTILLO ISMAEL ALEXANDER ____________

GONZALEZ ALATRISTE JOSE EDUARDO ____________

TAVERA YAÑEZ MONTSERRAT _____________

FECHA: 02/MAY0/2012

PRÁCTICA No. 8

1EQUIPO3

PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA EN LA DETERMINACIÓN DEL TIPO DE MÁQUINA QUE

CORRESPONDE A UN CICLO.

OBJETIVO

A partir de las alturas manométricas, temperatura ambiente, altura barométrica y volúmenes obtenidos experimentalmente por el estudiante del equipo Clemen Desormes , calcular los valores de presión, volumen en cada estado para trazar la gráfica del ciclo, calcular los valores de las variaciones de energía de cada proceso y del ciclo de acuerdo a la primera ley de la termodinámica y determinar el tipo de máquina.

TABLA DE DATOS EXPERIMENTALES

Altura del agua(h1) en cm.

Altura del agua(h3) en cm.

Temperatura ambiente(tamb)en

(°C)

Altura barom (hbarom) (cmHg)

Volumen del recipiente de vidrio en (V)

en(L)

52.7 11 25°C 58.5 20.5

CÁLCULOS

2EQUIPO3

1.- Calcula la densidad del agua a la temperatura ambiente (tamb)

ρ agua=0.99998+3.5×10−5∗t amb−6×10−6∗t amb2

La temperatura se sustituye en °C y se obtiene el resultado de la densidad en gmL

. Transfórmala a Kg

m3 .

ρ agua=0.99998+3.5×10−5∗25−6×10−6∗252

ρ agua=0.99998+8.75×10−4−3.75×10−3

ρ agua=0.997105 gmL

ρagua=¿ 0.997105gcm ³ [ 1Kg1000 gr ] [ 1000000cm ³1m ³ ] = 997.105

Kg

m3

2.- Calcula los valores de la presión manométrica del agua en pascales.

Pman 1 = ρ aguag h1 g = 9.78 m

s2

Pman 3 = ρ aguag h3

Pman 1 = (997.105 Kg

m3)( 9.78

m

s2)(0.527 m)

Pman 1 = 5139.138996 Pa

Pman 3 = (997.105 Kg

m3)( 9.78

m

s2)(0.11m)

Pman 3 = 1072.685559 Pa

3.- Calcula la densidad del mercurio (ρHg ) en Kg

m3

ρHg = 13595.08 −¿2.466 * tamb + 3×10−4 * t amb2ρHg = 13595.08 – 61.65 + 0.1875ρHg = 13533.6175 Kg

m3

3EQUIPO3

4.- Calcula la presión atmosférica en pascales.

Patm = ρHg g hbaromPatm = (13533.6175

Kg

m3)( 9.78

m

s2)(0.585 m)

Patm = 77429.8858 Pa

5.- Calcula los valores de la presión absoluta en pascales de cada estado.

P1 = Pman 1 +¿ Patm

P2 = Patm

P3 = Pman 3 +¿ Patm

P1 = 5139.138996 Pa + 77429.8858 Pa = 82569.0248 Pa

P2 = 77429.8858 Pa

P3 = 1072.685559 Pa +¿ 77429.8858 Pa = 78502.57136 Pa

6.- Calcula V3 en m3 y T2 en K y determina V2 en m3

V1 = P3 ∙V 3P1

T2 = P2 ∙ T 3P3

T1 = T3 = Tamb V2 = V3 = 20.5 L = 0.0205 m3

V1 = 78502.57136 ∙0.020582569.0248

= 0.019490392 m3T2 = 77429.8858 ∙298.15

78202.57136 = 294.075978 K

7.- Completa la siguiente tabla.

Estado Presión P en (Pa) Volumen V en (m3) Temperatura T en (K)

1 82569.0248 0.019490392 298.15

4EQUIPO3

2 77429.8858 0.0205 294.0759783 78502.57136 0.0205 298.15

8.- Calcula la cantidad de aire del sistema en moles.

n=(82569.0248Pa )(0.019490392m3)

(8.314 Pam3

mol K )(298.15K )=¿

0.6492215 mol

n=¿0.6492215 mol

9.- Calcula el exponente politrópico del proceso de (1-2)

δ=ln77429.8858Pa82569.0248Pa

ln0.019490392m ³0.0205m ³

=1.272428361

δ=1.272428361

10.- Traza el diagrama PV del ciclo, con 7 puntos mínimo para la trayectoria del proceso 1-2 y para la trayectoria del proceso 3-1.

Trayectoria del proceso de 1 a 2.

P1 = 82569.0248 Pa(19.490392L19.490392L

) 1.272428361= 82569 .0248 Pa

P1-1 = 82569.0248 Pa(19.490392L19.7 L

) 1.272428361= 81452 .77704 Pa

P1-2 = 82569.0248 Pa(19.490392L19.85 L

) 1.272428361=80670 .38954 Pa

P1-3 = 82569.0248 Pa(19.490392L20.0L

) 1.272428361= 79901 .32278Pa

P1-4 = 82569.0248 Pa(19.490392L20.15L

) 1.272428361=79145.25258 Pa

5EQUIPO3

P1-5 = 82569.0248 Pa( 19.490392L20.3L )1.272428361= 78401 .86499Pa

P2 = 82569.0248 Pa( 19.490392L20.5L )1.272428361= 77429 .8858Pa

Completa la siguiente tabla.

Volumen (L) Presión (Pa)

V1 = 19.490392 L P1 = 82569.0248 PaV1-1 = 19.7 L P1-1 = 81452.77704 Pa

V1-2 = 19.85 L P1-2 = 80670.38954 PaV1-3 = 20.0 L P1-3 = 79901.32278 Pa

V1-4 = 20.15 L P1-4 = 79145.25258 PaV1-5 = 20.3 L P1-5 = 78401.86499 PaV2 = 20.5 L P2 = 77429.8858 Pa

Para el proceso de 2-3 la trayectoria es una línea recta, por lo que no necesita puntos intermedios.

Trayectoria del proceso de 3 a 1.

P1 = 82569.0248 Pa(19.490392L19.490392L

) = 82569 .0248 Pa

P1-1 = 82569.0248 Pa(19.490392L19.7 L

) = 81690 .49038 Pa

P1-2 = 82569.0248 Pa(19.490392L19.85 L

) = 81073 .18188Pa

P1-3 = 82569.0248 Pa(19.490392L20.0L

) = 80465 .13302Pa

P1-4 = 82569.0248 Pa(19.490392L20.15L

) = 79866 .13699Pa

P1-5 = 82569.0248 Pa( 19.490392L20.3L )= 79275 .99312Pa

6EQUIPO3

P3 = 82569.0248 Pa( 19.490392L20.5 L ) = 78502 .57136 Pa

Completa la siguiente tabla.

Volumen (L) Presión (Pa)

V1 = 19.490392 L P1 = 82569.0248 PaV1-1 = 19.7 L P1-1 =81690.49038 Pa

V1-2 = 19.85 L P1-2 = 81073.18188 PaV1-3 = 20.0 L P1-3 = 80465.13302 Pa

V1-4 = 20.15 L P1-4 = 79866.13699 PaV1-5 = 20.3 L P1-5 = 79275.99312PaV3 = 20.5 L P3 = 78502.57136 Pa

11.- Calcula la variación de energía interna, la variación de entalpía, el trabajo y el calor para cada proceso y para el ciclo,

Proceso politrópico (1-2)

ΔU = (0.6492215 mol)(20.785Pamol K

)(294.075978K - 298.15 K )=

ΔU = -54.97513348 J

ΔH = (0.6492215 mol)(29.099Pamol K

)( 294.075978 K - 298.15 K )=

ΔH = -76.96518687 J

W = -(0.6492215mol )(8.314 Pam

3

mol K)(294.075978K−298.15K)

1−1.272428361=¿

W = 80.71867754J

Q = - 54.97513348J−80.71867754J=¿

Q = - 135.693811 J

Proceso isocórico (2-3)

ΔU = (0.6492215 mol)(20.785Pamol K

)(298.15 K - 294.075978 K )=

7EQUIPO3

ΔU = 54.97513348 J

ΔH = (0.6492215 mol)(29.099Pamol K

)( 298.15 K - 294.075978 K )=

ΔH = 76.96518687 J

W = 0

Q = ΔU = 54.97513348 J

Proceso isotérmico (3-1)

ΔU = 0

ΔH = 0

W= -(0.6492215mol )(8.314 Pam3mol K )(298.15K) ln( 0.019490392m30.0205m3 )=¿

W = 81.27503029J

Q = - (81.27503029 J)

Q = - 81.27503029J

Ciclo

ΔUciclo = 54.97513348 J - 54.97513348J =

ΔUciclo = 0

ΔHciclo = 76.96518687 J - 76.96518687 J =

ΔHciclo = 0

Wciclo = 80.71867754 J + 81.27503029 J=¿

Wciclo = 161.9937078 J

8EQUIPO3

Qciclo = - 135.693811 J+ 54.97513348J−81.27503029J=¿

Qciclo = - 161.9937078 J

12.- Completa el siguiente cuadro u obtén las sumas correspondientes para tener los valores del ciclo.

Proceso U (J) H (J) W (J) Q (J)

Politrópico(1-2) 54.97513348 76.96518687 J 80.7186775 J -135.693811 J

Isocórico(2-3)- 54.97513348

J - 76.96518687 J 0 54.97513348 J

Isotérmico(3-1) 0 0 81.27503029 J -81.27503029 J

Ciclo 0 0 161.9937078 J - 161.9937078 J

ANÁLISIS DE DATOS, ANÁLISIS Y RESULTADOS

1. ¿SON CORRECTOS LOS VALORES DE Uciclo y de Hciclo? ¿Por qué?Son correctos, ya que al sumarlos los valores da como resultado 0 ya que el sistema pasa por 3 procesos en donde la energía termina en su estado inicial y se debió mantener a pesar de haber sufrido cambios durante los diferentes ciclos.

2. ¿QUÉ SIGNO TIENE Wciclo? Tiene un signo positivo (+).

3. ¿QUÉ TIPO DE MÁQUINA ES DE ACUERDO AL SIGNO DEL TRABAJO DEL CICLO? Tenemos una maquina frigorífica en este sistema

4. ¿QUE TIPO DE MÁQUINA ES DE ACUERDO AL DIAGRAMA P-V DEL CICLO? ¿ES CONGRUENTE CON LA PREGUNTA 3?En efecto es una maquina frigorífica ya que en el diagrama se observa que el ciclo transcurre en dirección contraria de las manecillas de reloj. Y esto indica que el trabajo es positivo, por lo tanto es una maquina frigorífica.

9EQUIPO3