ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL

FACULTAD DE INGENIERÍA EN MECÁNICA Y CIENCIAS DE LA PRODUCCIÓN

TERMODINÁMICA I

PRACTICA #1:

Introducción al trabajo en el laboratorio

OBJETIVO

Familiarizarse con una metodología para la toma de datos experimentales y para cálculos básicos que incluyen análisis de errores (incertidumbres), utilizando el barómetro del laboratorio de termo fluidos de la FIMCP.

INTRODUCCION

En esta práctica se pueden conocer el principio fundamental del barómetro, el cual mide la presión atmosférica; este instrumento lo utilizamos para medir diferentes presiones y con esto poder calcular la presión promedio, la densidad del aire, así como también la altura en que se encuentra ubicado el laboratorio de termo fluidos. Con todo esto corresponde utilizar las conversiones correctas para los cálculos.

FUNDAMENTOS TEÓRICOS

Barómetro laboratorio

Barómetro, instrumento para medir la presión atmosférica, es decir, la fuerza por unidad de superficie ejercida por el peso de la atmósfera. Como en cualquier fluido esta fuerza se transmite por igual en todas las direcciones. La forma más fácil de medir la presión atmosférica es observar la altura de una columna de líquido cuyo peso compense exactamente el peso de la atmósfera. Un barómetro de agua sería demasiado alto para resultar cómodo. El mercurio, sin embargo, es 13,6 veces más denso que el agua, y la columna de mercurio sostenida por la presión atmosférica normal tiene una altura de sólo 760 milímetros.

Un barómetro de mercurio ordinario está formado por un tubo de vidrio de unos 850 mm de altura, cerrado por el extremo superior y abierto por el inferior. Cuando el tubo se llena de mercurio y se coloca el extremo abierto en un recipiente lleno del mismo líquido, el nivel del tubo cae hasta una altura de unos 760 mm por encima del nivel del recipiente y deja un vacío casi perfecto en la parte superior del tubo. Las variaciones de la presión atmosférica hacen que el líquido del tubo suba o baje ligeramente; al nivel del mar no suele caer por debajo de los 737 mm ni subir más de 775 mm. Cuando el nivel de mercurio se lee con una escala graduada denominada nonius y se efectúan las correcciones oportunas según la altitud y la latitud (debido al cambio de la gravedad efectiva), la temperatura (debido a la dilatación o contracción del mercurio) y el diámetro del tubo (por los efectos de capilaridad), la lectura de un barómetro de mercurio puede tener una precisión de hasta 0,1 milímetros.

Presión absoluta = presión atmosférica ± presión manométrica donde el signo positivo se aplica cuando la presión absoluta es mayor que la atmosférica, y el signo negativo cuando la presión absoluta es menor que la presión atmosférica. El signo negativo corresponde a una lectura manométrica llamada vacío.

Temperatura de bulbo seco

Temperatura de bulbo seco o temperatura seca es la medida con un termómetro convencional de mercurio o similar cuyo bulbo se encuentra seco. Esta temperatura junto a la temperatura de bulbo húmedo es utilizado en la valoración del confort higrotérmico, en la determinación de la humedad relativa, en la determinación del punto de rocío, en psicrometría para el estudio y determinación del comportamiento de mezclas de aire.

Termómetro de bulbo húmedo

El termómetro de bulbo húmedo es un termómetro de mercurio que tiene el bulbo envuelto en un paño de algodón empapado de agua. Al proporcionarle una corriente de aire, el agua se evapora más o menos rápidamente dependiendo de la humedad relativa del ambiente, enfriándose más cuanto menor sea ésta, debido al calor latente de evaporación del agua. Se emplea para valorar el influjo de la humedad ambiente sobre la comodidad de los usuarios de locales. La corriente de aire puede darse mediante un pequeño ventilador o poniendo el termómetro en una especie de carraca para darle vueltas.

PROCEDIMIENTO

Datos obtenidos en la práctica.

Ensayo Presiones ( mm de Hg) Temperaturas (°C)Ensayo 1 759.8 25.5Ensayo 2 759.6 25.4Ensayo 3 759.3 25.3

1. Se realizaron tres mediciones tanto de la temperatura como de presiones

¿Cuál es la diferencia entre temperatura de bulbo seco y de bulbo húmedo?

Como sabemos la temperatura del bulbo seco es medida con el termómetro Convencional. Y la temperatura que mide el bulbo húmedo depende de la humedad relativa de ambiente; Se emplea para valorar el influjo de la humedad ambiente sobre la comodidad de los usuarios de locales

2. Mida y anote la altura de la columna de mercurio en el barómetro, en mm de Hg. Realice tres mediciones para sacar un promedio.

P=759.8+759.6+759.33

=759 .57mmde Hg

T=25.5+25.4+25.33

=25 .4 °C

3. Corrija por temperatura la lectura observada en el barómetro. Por qué debemos hacerlo?

740 2.89759.57 X

760 2.97

760−740760−759.57

=2.97−2.892.97−X

200.43

= 0.082.97−X

X ≈2.968Estos se debe realizar para obtener un valor más preciso, ya que en este caso el mercurio tiene una propiedad con el que la temperatura varía.

4. Calculo de la presión atmosférica en el laboratorio en KPa y psia.

P=759.8+759.6+759.33

=759 .57mmde Hg

Presión= 759.57mmdeHg

51.715mmdeHg

psi

=14 .687 psi

Presión Absoluta=14.687+14.7=29 .387 psia

29.387 psia×6894.8 Pa

1 psia=202613.072Pa=202 .613KPa

T=25.4 ° C

T Absoluta=25.4+273=298 .4K

5. Con la presión y temperatura determinada en 3 y 4, calcule la densidad del aire real en el laboratorio. Asuma comportamiento del aire como un gas ideal.

PV=mRT

P= ρRT

101.261KPa=ρ×8.134m3PaK mol

×298.4K

ρ=41.719mol

m3×28.9

gmol

×1Kg

1000 g

ρ=1.205Kg

m3

6. Con la información obtenida en 4, estime a qué altura, sobre el nivel del mar, está ubicado el laboratorio de termofluidos. Necesita utilizar también las propiedades de la denominada “atmósfera estándar” que la puede encontrar en el Cap. # 2 de la referencia 3.

P= ρgh

101KPa=1.205Kg

m3×9.8

m

s2×h

101×103 Kgm

s2m2=1.205

Kg

m3×9.8

m

s2×h

h=8 5.54m

7. Calcule la incertidumbre de los valores obtenidos para la temperatura, la presión atmosférica (denominada también presión barométrica) y densidad. (Use sus conocimientos de física experimental. También puede consultar el apéndice F de la referencia 3).

T a nivel del mar = 59 F + 273 = 332 K

P a nivel del mar = 760 mm de Hg

Densidad = 1.2Kg

m3

Error=‖Teórico−ExperimentalTeórico ‖×100%

ErrorT=‖332K−298.4K332K ‖×100%=10 .12%

ErrorP.=‖760mmdeHg−759.57mmdeHg760mm deHg ‖×100 %=0 .056%

Errorρ=‖1.225Kg

m3 −1.205Kg

m3

1.225Kgm3 ‖×100 %=1 .63 %

8. Analice cual sería la ventajas y desventajas de usar agua en lugar de de mercurio en un barómetro.

Debido a la densidad que contienen estas 2 sustancias, tanto el agua (1000 kg/m3) como el mercurio

(13580 kg/m3), como podemos observar la densidad del agua es menor a la de mercurio, por esto si utilizamos agua en un barómetro la columna de agua seria más alta; entonces podemos decir que su altura es inversamente a la densidad de cada sustancia.

CONCLUSIONES

Como podemos observar en los resultados obtenidos en la práctica, podemos concluir que las mediciones no fueron exactas y por esta razón los valores teóricos no son iguales a los experimentales como consecuencia obtendremos un cierto porcentaje de error.

Como se calculo la presión, temperatura y la densidad del aire (calculando la densidad considerando al aire como un gas ideal) se pudo aproximar a qué altura se encuentra el laboratorio de termofluidos; con lo que se puede concluir que el laboratorio se encuentra a una atura de 85.5 m sobre el nivel del mar.

BIBLIOGRAFÍAhttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperatura_de_bulbo_seco

http://es.wikipedia.org/wiki/Term%C3%B3metro_de_bulbo_h%C3%BAmedo

Encarta 2007 – Enciclopedia

Guía de la practica 1