U1_INFORME-N1_GRUPO-1

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UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS – ESPEINGENIERÍA EN BIOTECNOLOGÍA

FÍSICO – QUÍMICAINFORME DE LABORATORIO N°1

GRUPO 1: NRC: 1485 Aguirre Kevin

Barberán Alison

Cajas Israel

Fernández Janeth

Fecha de realización: 16 de Mayo, 2016Fecha de entrega: 23 de Mayo, 2016

I.

RESUMENLa termodinámica es una rama de la física encargada del estudio de los estados de equilibrio de

un sistema determinado por medio de descripción de sus propiedades. Se realizó una práctica

para determinar presión atmosférica, la variación de temperatura y el flujo, al ser relacionados

con el tiempo, utilizando instrumentos de medida específicos para cada caso, aplicando

estadística para el análisis de los datos y resultados obtenidos debido a los errores que se

generan durante el proceso de medición.

II. OBJETIVO GENERALAplicación correcta de las herramientas estadísticas en el manejo de propiedades, tales como:

presión, temperatura y volumen.

III. OBJETIVOS ESPECÍFICOS1. Definir las siguientes propiedades de fluidos: presión, temperatura y volumen.

2. Operar correctamente instrumentos de medición de presión y temperatura.

3. Aplicar claramente las medidas de tendencia central media, desviación estándar de la

muestra. Desviación estándar de la media o desviación de error.

4. Ajustar datos experimentales a una recta utilizando el método de mínimos cuadrados.

5. Aplicar métodos de interpolación lineal y extrapolación de curvas ajustadas.

IV.

INTRODUCCIÓNLa termodinámica es una rama de la física encargada del estudio de los estados de equilibrio deun sistema determinado por medio de descripción de sus propiedades. Se realizó una práctica

para determinar presión atmosférica, la variación de temperatura y el flujo, al ser relacionados

con el tiempo, utilizando instrumentos de medida específicos para cada caso, aplicando

estadística para el análisis de los datos y resultados obtenidos debido a los errores que se

generan durante el proceso de medición.

V. MARCO TEÓRICOA. Propiedades de los fluidosDentro los fluidos encontramos a los líquidos y los gases los cuales están sujetos a grandes

variaciones de presión, en función del sistema en que se utilizan, por otro lado los gases se

comprimen con facilidad en relación con los líquidos que lo hacen muy poco (Mott, 2006). En


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cuanto a la viscosidad en un gas es directamente proporcional con la temperatura en relación

con los líquidos los cuales es inversamente proporcional(Ortiz, 2006).

B. PresiónUn cuerpo cualquiera en la atmósfera está sometido a fuerzas perpendiculares a su superficie en

todos sus puntos y de sentido hacia el interior del cuerpo, originadas por el aire que rodea la

Tierra (Ercilla & Muñoz, 2003), para su medición se emplea un barómetro que se basa

en los resultados obtenidos por Torricelli pero con variaciones que permiten una lectura más

precisa (Burbano, Burbano, & Gracia, 2003).

La Medición es una de las actividades cotidianas del hombre y que forma parte del desarrollo de

la ciencia y de la tecnología de allí su importancia en el trabajo científico y en la vida diaria de

las personas debido a que utiliza reglas o criterios concretos para asignarles números a las

propiedades de los objetos o eventos psicológicos(Zermeño, 2003), lo cual ha permitido el

desarrollo de la física al efectuarse mediciones y obtener de las mismas resultados

numéricos(Tambutti, 2005), las cuales se miden por medio del SI que antiguamente era llamadosistema MKS es el sistema métrico que incluye las unidades estándar de longitud, masa y

tiempo (Wilson & Buffa, 2003).

C. CaudalFlujo o gaste , son sinónimos en hidráulica, e indican el volumen o la cantidad de materia que se

traslada durante un intervalo de tiempo determinado. Así el gasto se expresa en unidades de

masa o de volumen por unidad de tiempo, y se designa con la letra Q teniendo como ecuación:

ó

(1)

También se puede considerar el gasto volumétrico para un flujo incompresible y permanente

(Negrete, 2005).

D. Curva de Calentamiento de un sustanciaEs el gráfico que permite observar la variación de temperatura de una muestra a medida que se

calienta a velocidad y presión constante y por consiguiente a una velocidad constante de

aumento de entalpía(Atkins & Jones, 2006). Se utilizan para identificar las transiciones de fase

y construir diagramas de fases. Consiste en un registro gráfico de la temperatura de una

sustancia en función del tiempo durante el curso de un análisis térmico (Costa, 2005).

E. Interpolación LinealEs una técnica muy útil para aproximar funciones y también para determinar valores

intermedios de las mismas en una serie de datos. Nos permite conocer los valores intermedios

para una función f(x) cuando se conocen dos valores extremos de ésta, f(a) y f(b). Para este casocon los dos puntos extremos a y b, la interpolación lineal vendrá dada por:

( ) () + () − () − ( − ) (2) El ajuste será mejor entre más recta sea la función f(x) en el tramo de la interpolación en

cuestión (Landeta, 1998).


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F. MediciónProceso que implica el escoger una unidad de medida para poder determinar cuántas de estas

unidades están comprendidas en la cantidad a medir.

i.

Apreciación del instrumento

La apreciación de un instrumento es una indicación del error de la medida. Se habla

entonces de " precisión de un instrumento": a menor apreciación, mayor precisión

(Universidad de los Andes).

ii. Errores de medida

Son aquellos que corresponden a una elección incorrecta del método de medida; lo

que incluye tres posibilidades distintas: la inadecuación del aparato de medida, del

observador o del método de medida propiamente dicho (Kowalsky, 2014).

iii.

Error experimental

Es una desviación del valor medido de una magnitud física respecto al valor real de

dicha magnitud. Generalmente son errores inevitables y dependen del procedimientoescogido y la tecnología para realizar la medición (Rosales, 2013).

1. Errores casuales

Se deben a las pequeñas variaciones que aparecen entre observaciones sucesivas

realizadas por el mismo observador y bajo las mismas condiciones (Kowalsky,

2014).

2. Errores sistemáticos

Son los errores relacionados con la destreza del operador. Estos pueden ser

errores de paralaje (EP) o errores ambientales y físicos (Ef). El EP se relaciona

con la postura que toma el operador para leer la medida. Los erroresambientales y físicos se dan con el cambio de las condiciones climáticas.

Además se incluyen a los errores de cálculo, errores en la adquisición de datos y

otros, como errores de tipo sistemático (Huillcahuaman, 2010).

G. Valor Medio o Media () Sea x la cantidad a medir, xv, el valor verdadero de esa cantidad. Ese valor xv no se conoce

siempre pero se puede tomar como el valor que se ha determinado con instrumentos que sean

muchos más precisos del que se tenga a disposición, por ejemplo, en el caso de la

determinación de la aceleración de la gravedad g, hay valores muchos más precisos que los

que se determinan en este curso y el cual se puede tomar como xv. Si se hace n veces se van

a obtener n resultados para x(x1, x2, x3,………xn), y esto permite el cálculo de los promedios

aritméticos x de los xi medidos:

̅ + + + (3)Donde:̅ media

ú

Si n es grande se puede demostrar que:


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4

̅ es un valor mucho más cercano a xv que cualquier otro valor xi tomado al azar. Porconsiguiente la mejor manera de proceder para acercarse lo más posible al valor xv es:

Realizar un número, n grande de mediciones de X, y mientras más grande mejor.

Realizar el promedio desacuerdo a la expresión (1).

Tomar este valor medio,

̅ como el resultado de la medida.

Si se conoce el valor de xv la diferencia va a ser igual al resultado de ̅ − que esel error de la medida, recordando que no siempre se conoce el valor verdadero de xv.H. Desviación estándar de una serie de medidas o de la muestra ()

Otra cantidad de mucha utilidad en el laboratorio y en el proceso de medida, es la desviación

estándar de una serie de medidas que cuantifica la dispersión de las medidas alrededor de un

valor promedio cuando las medidas están distribuidas según una curva de Gauss o curva en

campaña, la desviación estándar de la muestra se define como:

∑ (−)=

− (4)

Donde: ̅ media

El termino s2 conocido como varianza también es utilizado pero en química se refiere el

valor de s debido a que presenta las mismas unidades que el dato experimental.

I.

Desviación estándar de la media () Queda solo por determinar el valor del valor medio de la cantidad medida que será el errorde la observación o medida efectuada, es decir que el error deberá figurar en el resultado

final de su observación, la desviación estándar de la media se representa de la siguiente

forma:

√ (5)Donde:

J. Método de mínimos cuadradosEs un método utilizado para determinar la ecuación de ajuste de una recta para una serie de

puntos dispersos, el objetivo de este método es de poder determinar las constantes de la

ecuación de la recta. Se sabe que la ecuación de la recta es la siguiente:

+ (6)Donde: ( ) ()


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VI. MATERIALES Y EQUIPOS

Tabla 1. Materiales y equiposMateriales Equipos

Agua destilada

Manómetro

Beaker 500 mLManta Calefactora

Cronómetro

Cilindro graduado 250 mL

Termómetro

VII. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL1. Se tomó valores de presión atmosférica, con los datos obtenidos hacer un análisis y

determinar media, desviación estándar y desviación media.

2. Se llenó un beaker con aproximadamente 500 cm3 de agua, midiéndose la temperatura inicial

y luego se colocó en la manta calefactora durante 20 minutos, midiendo su temperatura cada

minuto.

a. Con los datos obtenidos del experimento anterior elabórese una gráfica en papel

milimetrado, temperatura vs tiempo. Interprete la gráfica y determine los valores de

temperatura al cabo de 4.25, 6.25 y 8.5 minutos utilizando el método de interpolación

lineal.

3. Se llenó el cilindro graduado con 250 cm3 de agua, con el mismo flujo de agua

(volumen/tiempo). Se efectuaron 10 mediciones tomando el tiempo que tarda el cilindro en

llenarse. Con los datos obtenidos se elaboró un análisis determinándose: media, desviaciónestándar y desviación media.

VIII. RESULTADOS (CÁLCULOS)A. Presión Atmosférica

Tabla 2. Cálculos estadísticos de Presión Atmosférica

Media:

̅ ∑ = 563,1Desviación estándar:

∑ (−̅) = − 1 0,13038Error estándar de la media:

√ 0,05831


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B. Curva de Calentamiento de una sustanciaTabla 3. Método de mínimos cuadrados para la determinación de la curva decalentamiento de una sustancia

[ ∑ ] − ∑ − ∑ ∑ − (∑ ) ∑ − ∑

+

Figura 1. Curva de calentamiento de una sustancia

Tabla 4. Cálculos: determine los valores de temperatura al cabo de 4.25, 6.25 y 8.5 minutosutilizando el método de interpolación lineal.

Temperatura a 4,25 minutos 0.8985(4.25) + 302.42306.2386 Temperatura a 6,25 minutos 0.8985(6.25) + 302.42306.0356 Temperatura a 8,25 minutos 0.8985(8.5) + 302.42310.0572

C.

Datos de Caudal

Tabla 5. Cálculos estadísticos para datos de caudal.

Media:

̅ ∑ = 7,904 segundosDesviación estándar:

∑ (−̅) =

− 1 0,2791

y = 0,8985x + 302,42

R² = 0,6411

290

295

300

305

310

315320

325

0 100 200 300 400 500

T e m p e r a t u r a ( K e l v i n

)

Tiempo ( min)

Tiempo (min) Curva de regresión ajustada

Temperatura (K)

Lineal (Temperatura (K))

Lineal (PronósticoTemperatura (K))


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Error estándar de la media:

√ 0,08826

i. Determinación del Caudal

2507.904 31.6296

31.6296 × 1 100 0.0316296 IX. ANÁLISIS DE RESULTADOS

Se evidencio en el laboratorio que la presión atmosférica de Sangolquí en las cinco recoleccionesde datos que se realizó su medida no cambió significativamente obteniendo una media de 563.1

mmHg o lo que es igual a 0.74 atm, esto concuerda con Quereda, 2005, que explica que la presión

atmosférica es la presión que ejerce el aire sobre nosotros y como Sangolquí no se mueve ni para

arriba ni para abajo es lógico determinar que supresión es casi constante solo por muy ligeras

variaciones. (Querada, 2005)

Agustín, 2005, explica que el estudio de fluidos suele ser complicado por eso se toma en cuenta a

fluidos ideales, incomprensibles con densidades que son constantes todo esto para obtener un

manejo matemático sencillo y facilidad experimental, por este motivo la elección en nuestro

experimento del agua, observándose valores similares en el tempo al que se sometió al fluido a uncaudal, llegando al resultado de 7.904 s que es muy similar a los valores individuales en cada

recolección. (Agustín, 2005)

En el laboratorio se pudo constatar que la temperatura del agua crecía gradualmente hasta que a

partir de los 12 min su temperatura empezó a experimentar otro tipo de crecimiento, el cual que

era muchos más lento, no se evidenció ningún tipo de evaporización lo cual se verifica Parry,

1974, debido a que menciona que el agua se empieza a evaporar a los 100°C y explica que esto

puede variar pues la temperatura de ebullición aumentara mientras más alejados del nivel del mar

nos encontremos. (Parry, 1974)


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X. PRE – LABORATORIOA. ¿Qué es una magnitud física?

Figura 2. Magnitud FísicaFuente: Klein, H. (1974). "The science of measurement. A historical survey. Dover.

Martínez, I. (2002). Obtenido de http://webserver.dmt.upm.es/~isidoro/ot1/Units_es.pdf

Es toda aquella propiedad o entidad abstracta que puede ser medida en una escala ycon instrumentos adecuados.

Dentro de estas encontramos a la longitud, la masa, el tiempo.

Cada magnitud puede estar expresada por un número y una unidad.

Existen magnitudes fisica relativas, que no necesitan de unidades y representancocientes de magnitudes de la misma especie

La cantidad de una magnitud fis ica es el estado de la misma en un determinadofenomeno fisico.

Las magnitudes fisicas se dividen en tres grupos: básicas, derivadas ysuplementarias.


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B. ¿Qué son las propiedades de los fluidos, presión y temperatura?

Figura 3. Propiedades de los fluidos, presión y temperaturaFuente: A. Belendez. (1988). Magnitudes, vectores y campos. Valencia: Universidad Politecnica de Valencia.

PROPIEDADES

Fluidos

Toma la forma delrecipiente que locontiene.

Deformación continuamediante esfuerzotangencial

Magnitud físicas cuyosvalores definen elestado en el que seencuentran

Valores diferentes paracada fluido.

Cuando varia el valor deuna de sus propiedadesel valor para un fluidocambia

Presión

La presion es consideradacomo fluido dentro de la presion termodinamica.

La presion termodinamicainterviene en la ecuacionconstitutiva y en laecuacion del movimientodel fluido.

En algunos casoscoincide con la presionmedia o incluso con la presion hidrostatica.

Las presiones representanuna unidad de medida de laenergia potencial por unidad de volumen en unfluido.

Temperatura

Propiedad relacionadacon la sensacion decalor o frió que si sienteal contanto con ella.

Al contactar un cuerpocon baja temperaturatenemos percepcion defrio y vicerversa con elcalor.

La temperatura y el calor no son iguales.

Cualidad, caracteristica o facultad que vincula lo fisico, la materiacon la naturaleza corporal


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C. ¿Qué importancia tiene la medición?

Figura 4. Importancia de la mediciónFuentes: Consultores, A. (08 de octubre de 2015). Aiteco. Obtenido de Aiteco:

http://www.aiteco.com/importancia-de-la-medicion/

jpocalles. (09 de Abril de 2007). Uncategorized. Obtenido de Uncategorized:

https://jpocalles.wordpress.com/2007/04/09/la-importancia-de-medir/

D. ¿Qué es el sistema MKS?

Figura 5. Sistema MKSFuentes: Colllazo, M. (6 de noviembre de 2015). EcuRed. Obtenido de EcuRed:

http://www.ecured.cu/index.php/Sistema_MKS

Estrella. (24 de enero de 2014). FIsica I. Obtenido de FIsica I: http://fisicaepo100.blogspot.com/2014/01/24-sistema-mks-y-cgs.html/

Medir es comparar dos magnitudes de la misma especie, una de lascuales se tomacomo patrón.

Se intenta determinar la cantidad de una magnitud por comporacionconotra que se tomo como unidad, el resultado de una medida es unnumero que debe ir acompañado de la unidad empleada.

Para realizar la medicion se requiere del sistema a utilizar ademas delos instrumentos que lleven incorporado el patrona utilizar.

La IMPORTANCIA radica en la obtencin de una dato desconocido enreferencia a su comparacion con un dato conocido brindando la potestad de gestionar sobre este, el primero es la carcateristicainherente al objeto que será medido con el intrumento de medicion quese ha empleado para la compración.

Medir es seguridad, medir es eficiencia y medir es desarrollo

Conocidotambien como

"Sistema Giorgi" propuesto por

Giovanni Giorgien Bruselas,

Bélgica.

Sistema deunidades queespresa lasmedidas,

utilizando comounidades basasdos

en metro,

kilogramo ysegundo (sentó las

bases para elsistema

internacional deunidades)

La unidad de longitud esel metro:

Metro: Longitud igual a ladel metro patrón.

La unidad de masa es elkilogramo:

Kilogramo: Es una masaigual a la del kilogramo

La unidad de tiempo es elsegundo:

Se defiene como 86.400ava.

Unidades Derivadasfundacionales:

1. Ampere (A)

2. Kelvin (K)

3. mol (Mol)4. Candela (cd)


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XI. CONCLUSIONES Se midió a nivel de laboratorio a través de instrumentos específicos, las medidas cualitativas

de los fluidos más comunes, tales como: presión, temperatura y volumen.

Se realizó un análisis estadístico amplio para identificar la medida correcta con un mínimogrado de error, para ello se hizo uso de: media, desviación estándar, error estándar.

La utilización de métodos estadísticos, nos permite identificar la magnitud de los errores en

las mediciones, en el caso de esta práctica los errores fueron leves, sin interferir en la

veracidad de los datos obtenidos.

Se realizó una curva de regresión lineal (método de mínimos cuadrados) para el caso del

calentamiento del agua, la cual cumple con los parámetros de una función lineal con un

coeficiente de correlación de (R 2:0,6411) hasta alcanzar la temperatura de 43.5ºC esto a los

20 minutos de su medición, posterior a este, se mantiene a temperatura constante. Se

concluye que el calentamiento del agua se ajusta a una función lineal hasta alcanzar su

temperatura de ebullición.

En la medición del caudal, se obtuvo una media de 7.904 segundos con una desviación

estándar de 0.2791, y un error estándar de 0.08826, lo cual indica una alta homogeneidad de

los datos tomados. Se concluye que esta paridad entre los datos, se debe al flujo constante de

agua durante toda la medición.

En la medición de la presión atmosférica utilizando el barómetro, se obtuvo una media de

563.1 con una desviación estándar de 0.13038.

XII. BIBLIOGRAFÍAA. Belendez. (1988). Magnitudes, vectores y campos. Valencia: Universidad Politecnica de

Valencia.

Agustín, P. (2005). Apuntes de física general. México D.F: UNAM.

Atkins, P. W., & Jones, L. (2006). Principios de química: los caminos del descubrimiento. Ed.

Médica Panamericana.

Burbano, S., Burbano, E., & Gracia, C. (2003). Física general. Tebar.

Colllazo, M. (6 de noviembre de 2015). EcuRed. Obtenido de EcuRed:

http://www.ecured.cu/index.php/Sistema_MKS

Consultores, A. (08 de octubre de 2015). Aiteco. Obtenido de Aiteco:

http://www.aiteco.com/importancia-de-la-medicion/

Costa, J. (2005). Diccionario de químicafísica. Ediciones Díaz de Santos

Ercilla, S. B. de, & Muñoz, C. G. (2003). Física general. Editorial Tebar.


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Estrella. (24 de enero de 2014). FIsica I. Obtenido de FIsica I:

http://fisicaepo100.blogspot.com/2014/01/24-sistema-mks-y-cgs.html

Huillcahuaman, K. (5 de Octubre de 2010). Monografías.com. Obtenido de Mediciones y errores.

Laboratorio de Física: http://www.monografias.com/trabajos82/mediciones-errores-laboratorio-

fisica/mediciones-errores-laboratorio-fisica.shtml

J, M. (2015). Tecnologia-Materiales . Obtenido de Tecnologia-Materiales: https://tecnologia-

materiales.wikispaces.com/Propiedades+F%C3%ADsicas

jpocalles. (09 de Abril de 2007). Uncategorized. Obtenido de Uncategorized:

https://jpocalles.wordpress.com/2007/04/09/la-importancia-de-medir/

Klein, H. (1974). "The science of measurement. A historical survey. Dover.

Kowalsky, A. (2014). Homepage for Andy Kowalski. Obtenido de Técnicas Auxiliares de

Laboratorio: http://www.ugr.es/~andyk/Docencia/TEB/Errores.pdf

Landeta. (1998). Elementos de métodos numéricos para Ingeniería. UASLP.

Martínez, I. (2002). Obtenido de http://webserver.dmt.upm.es/~isidoro/ot1/Units_es.pdf

Mott, R. (2006). Mecánica de fluidos (6ta Edición). Pearson Educación.

Negrete, J. (2005). Apuntes de Fisica General. México: UNAM.

Nutsch, W. (1996). Tecnología de la madera y del mueble. Reverte.

Parry, R. (1974). Química, fundamentos experimentales. Guía del professor. Barcelona: Revrté.

Querada, J. (2005). Curso de climatología general. Castellón de la planta.

Ortiz, J. (2006). Mecánica de los fluidos e hidráulica. Universidad del Valle.

Rosales, O. (10 de Febrero de 2013). Slideshare. Obtenido de Error Experimental:

http://es.slideshare.net/20112200106/error-experimental-16454602

Tambutti. (2005). Fisica/ Physics (2da Edición). México: Editorial Limusa.

Universidad de los Andes. (s.f.). Laboratorio de Docencia de Física General. Obtenido de

Instrumentos de Medición: http://www.ciens.ula.ve/labdefisica/index.php/instrumentos

Wilson, J. D., & Buffa, A. J. (2003). Física. Pearson Educación.

Zermeño, F. (2003). El mundo de la Física 1 (1era Edición). Editorial Progreso.


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XIII. ANEXOSA. Reporte de datos

i.

Presión Atmosférica

Tabla 6. Presión AtmosféricaN° de medición Presión aparente [mmHg]

1 563

2 563.2

3 563

4 563.1

5 563.3

ii. Curva de Calentamiento de una sustancia

Tabla 7. Curva de calentamiento de una sustancia

Temperatura (°C) Temperatura (K) Tiempo ( min)22 295.15 2

34 307.15 4

37 310.15 6

41 314.15 8

42 315.15 10

42.5 315.65 12

43 316.15 14

43 316.15 16

43.5 316.65 18

43.5 316.65 20

iii. Datos de Caudal

Tabla 8. Datos de CaudalVolumen recolectado (mL) Tiempo (seg)

250 7.57

250 7.83

250 7.78

250 7.97250 8.22

250 8.35

250 7.96

250 7.58

250 8.17

250 7.61


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B. Cálculos previos a la estadísticai.

Presión Atmosférica

Tabla 9. Cálculos para la estadística de presión atmosférica

N° de mediciónPresión aparente

[mmHg] − ( − ) 1 563.00 -0.120 0.0144

2 563.20 0.080 0.0064

3 563.00 -0.120 0.0144

4 563.10 -0.020 0.0004

5 563.30 0.180 0.0324

Suma 2815.6 0.0680Media 563

ii.

Curva de calentamiento de una sustancia

Tabla 10. Cálculos para la regresión lineal por método de mínimos cuadradosde la curva de calentamiento de una sustancia.

Temperatura(ºC)

X

Tiempo (min)Y

22 2 44 484

34 4 136 1156

37 6 222 136941 8 328 1681

42 10 420 1764

42.5 12 510 1806.25

43 14 602 1849

43 16 688 1849

43.5 18 783 1892.25

43.5 20 870 1892.25

Suma 391.5 4603 15742.75

39.15


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C. Imágenes

Imagen 1. Medición de la temperatura del agua inicial.Imagen 3. Medición de la presión

Imagen 2. Control del tiempo para medición de

temperatura.Imagen 4. Pruebas paradeterminación de caudal


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D. Datos recopilados en el Laboratorio


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E. Gráfica de Interpolación

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