guia del laboratorio de termodinamica

ING.CELERINO ARELLANO HERRERA Pgina 0

NOTA:

ESTE TRABAJO NO ES UN MANUAL DE PRCTICAS, EL ESTUDIANTE DEBE CONSIDERARLO COMO UNA GUA QUE LE AYUDE APRENDER A

APRENDER DENTRO DEL PROCESO ENSEANZA APRENDIZAJE Y POR COMPETENCIAS.

INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA QUMICA E INDUSTRIAS

EXTRACTIVAS

CONTENIDO

No. TTULO PAGINA

01 Justificacin 01

02 Lo que no se aprende en la Escuela. 01

04 Estructura del reporte. 03

05 Prcticas uno y dos. 05

06 Tabla de temperatura. 11

07 Tabla de presin. 12

08 Prctica tres. 13

09 Datos Bibliogrficos y Grfica del Al. 18

10 Prctica cuatro. 19

11 Prctica cinco y seis. 27

12 Practica siete y ocho. 37

13 Factor de correccin por tablas. 44

14 Factor de correccin por grfica. 45

15 Prctica nueve y diez. 46


JUSTIFICACIN: Este trabajo, est dirigido a todos los alumnos que cursan el segundo

semestre del Laboratorio en Termodinmica Bsica de la Escuela

Superior de Ingeniera Qumica e Industrias Extractivas del Instituto

Politcnico Nacional de Mxico.

Surge como una necesidad de que los estudiantes de Ciencias Bsicas,

cuenten con material didctico de fcil acceso y comprensin, que permita un rpido entendimiento del manejo, desarrollo y elaboracin

de los reportes de las Prcticas correspondientes.

Servir para facilitar el proceso de aprender a aprender dentro del

modelo de enseanza por competencias y en la ciencia de la

Termodinmica.

Es diferente de los libros de texto por el nfasis que se hace en tratar de

incrementar la atencin del alumno en el razonamiento, anlisis de los

procesos e interpretacin de las ecuaciones y los resultados, sin tener que llenarse de informacin momentneamente innecesaria.

Tambin tiene la finalidad de NO fomentar en el estudiante la mala costumbre de memorizar las ecuaciones correspondientes, al aprender

hacer la deduccin de las mismas.

Hacindoles ver, que se debe partir del razonamiento y la definicin de

cada una de las ecuaciones, para su correcta aplicacin en los procesos

con sus respectivas limitaciones y alcances.

Si consideramos que los libros de texto cuentan con demasiada

informacin y solo contribuyen a desalentar al alumno en su esfuerzo

por introducirse al estudio de la Termodinmica, independientemente de que estas sean grandes obras para quienes ya dominan el tema, este

trabajo tambin es diferente en eso.

LO QUE NO SE APRENDE EN LA ESCUELA

1.- La poltica educativa de vida fcil para los estudiantes, encubierta en el supuesto respeto a sus derechos humanos originar generaciones

de Profesionistas sin el concepto de la realidad, haciendo que las

personas fallen en sus vidas despus de la Escuela.

Porque la vida no es fcil, el mundo de la Productividad y el Dinero no

estn preocupados por tu autoestima o tus derechos humanos, solo

esperan que hagas algo til para continuar con la produccin del capital, antes de sentirte bien contigo mismo, acostmbrate a ello.

2.- Si consideras que tu Profesor es exigente y no te apapacha, no tengas miedo que no te dar diarrea cerebral, espera tener en la

empresa un jefe que no tiene la paciencia requerida ni la vocacin de


enseanza, solo le interesa el rendimiento, con la mxima produccin y

calidad, si te equivocas estas despedido, as que acierta a la primera

vez, no le eches la culpa a la mala suerte ni lloriquees por tus errores, aprende de ellos.

Pues no sers Gerente, Director o Vicepresidente de la Empresa, ni ganaras 20,000.00 pesos mensuales con coche y telfono a tus

disposiciones, solo por el simple hecho de egresar de la Escuela que te

apapacho con mencin honorfica, maestra y doctorado, tendrs todo

esto hasta que con tu esfuerzo lo hayas ganado.

Aunque vender chatarra, papel usado, trabajar como taxista o cualquier

pepenador u obrero hasta en los das festivos, no es lo ltimo en la escala social, solo es un concepto diferente, clasificado como una

segunda oportunidad en la vida.

3.- Actualmente, las Instituciones Educativas estn dando la

oportunidad de repetir los cursos una y otra vez para que el alumno no

se presione y as respetar sus derechos humanos, haciendo que las tareas sean ms fciles, te darn una y otra y otra oportunidad, as

todas las oportunidades necesarias para acreditar el mdulo.

Eliminando la distincin entre excelente, bueno, regular o malo porque enterarte de la realidad te puede presionar, enfermar, o incluso

causarte un trauma cerebral con daos irreversibles.

Esto que proponen las Instituciones Educativas, no se parece en nada a

la vida real, en donde si fallas fallaste, no tienes tantas oportunidades

porque la oportunidad que tu pierdes otro la esta esperando, en la vida real no existen los exmenes a titulo.

4.- La vida no est dividida en semestres y mdulos, por lo que no tendrs largas vacaciones de verano, difcilmente encontraras quien te

ayude a encontrarte emocionalmente, que te ayude con las tareas

encomendadas una y otra vez hasta que te salgan bien o hasta que apruebes sin presionarte.

Difcilmente te encontraras con un jefe que te apapache, que te cuide

para que no te de diarrea cerebral y no atente con tus derechos humanos, difcilmente se interesar para que te encuentres a ti mismo,

todo esto y muchas ms cosas tendrs que hacerlo t solo.

5.- Deja de ver la televisin, el futbol que tanto ha idiotizado a las

sociedades, porque no son parte de la vida real, en la vida real las

personas tienen que estudiar para preparar su futuro, los bailes, los amigos, el bar solo te quitan el tiempo, ponte a estudiar y suprate.

Ya no te tengas tanta lstima.


Tus derechos humanos no sern

violentados al SUPERARTE.

ESTRUCTURA DEL REPORTE

1. PORTADO. Corresponde a la primera hoja del reporte y debe

contener: Instituto Politcnico Nacional, E. S. I. Q. I. E.;

Laboratorio de Termodinmica Bsica II, prctica No.--, Nombre

del alumno, grupo, seccin y turno.

2. NOMBRE DE LA PRCTICA. Corresponde al nombre que est en

el instructivo.

3. OBJETIVO. Se puede transcribir el mismo que est en el

instructivo, ms los objetivos que el alumno haya visualizado,

considerando que ya tiene el conocimiento para hacerlo.

4. INTRODUCCIN TERICA. Este debe ser un resumen obtenido

de la lectura de varios artculos correspondientes al tema, que

tenga como mximo tres hojas.

5. DESARROLLO. En l debern de registrarse todos y cada uno de

los pasos que se siguieron para hacer el experimento, as como

los dibujos del equipo y material utilizado.

6. CLCULOS Y RESULTADOS. Este debe contener una tabla de

datos con unidades obtenidos en el laboratorio, tabla de

ecuaciones a utilizar en los clculos con unidades; se debe

registrar todos los clculos con unidades y los resultados se

presentan en forma de tablas con unidades. Los clculos pueden

hacerse a mano pero con tinta. NO se acepta lpiz.

7. ANLISIS DE LOS RESULTADOS. En l deber de registrarse de

manera precisa lo que el resultado significa o representa, con un

mximo de cinco renglones.

8. GRFICAS. Pueden hacerse en papel milimtrico, con tinta y

registrar las variables que se estn graficando con sus respectivas

unidades.

9. ANLISIS DE LAS GRFICAS. En el deber de registrarse de

manera precisa lo que la grfica representa en un mximo de

cinco renglones.


10.- CONCLUSIONES. No se deben confundir con observaciones. Las

conclusiones son el hecho de poder conjuntar el conocimiento previo

con los resultados obtenidos en el laboratorio. Tendrn como mximo cinco renglones.


INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA QUMICA

E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS

LABORATORIO DE TERMODINMICA II

ESTE NO ES UN MANUAL DE PRCTICAS

PRCTICA NMERO UNO Y DOS

NOMBRE DE LA PRCTICA: Construccin de los diagramas Presin Volumen y Presin Temperatura de una sustancia pura (El agua) a

partir de datos experimentales.

OBJETIVO: Calcular las presiones absolutas del sistema a diferentes temperaturas para construir los diagramas PV y PT, adems de

comparar las presiones calculadas con los valores de las tablas de vapor

para poder obtener los porcientos de error correspondientes.

FUNDAMENTACIN TERICA: Comencemos por definir que es la

presin desde el punto de vista de la Termodinmica Clsica: La presin P se define como una propiedad fundamental de los sistemas

termodinmicos, puede medirse con un manmetro situado en las

paredes del contenedor para registrar el cambio medio de momentos lineales que experimentan las molculas al chocar contra las paredes

del recipiente que las contiene o tambin puede medirse con un

manmetro diferencial.

Esto hace que la presin se defina como una medida de la energa

cintica media de las molculas, dada por A

fP , de acuerdo con la

segunda ley de Newton se tiene maf y si se considera que la Vm

entonces sustituyendo en la ecuacin de presin se tiene:

A

aV

A

ma

A

fP

Considerando que el proceso se realiza en un cilindro

entonces AhhrV 2 esto hace que la presin finalmente se defina

como A

aAh

A

fP

, eliminando el rea y cambiando la aceleracin por

la gravedad g se tiene que: ghA

fP por lo tanto, esta ecuacin

permite calcular la presin en un sistema por contener parmetros medibles fcilmente.

A

fP

ghP

P =Presin. f =Fuerza.

A =rea

m =masa. a =aceleracin. V =Volumen.

h =altura =densidad g =gravedad


Con esto se demuestra que la presin ejercida sobre las paredes del

contenedor es igual a la presin del sistema y se calcula con la fuerza

promedio, originada por el choque de las molculas del vapor de agua con el matraz que las contiene.

UNIDADES:

J = Joule.

N = Newton. m = metro.

Pa= Pascal.

UNIDADES DE PRESIN

En el sistema internacional SI, la unidad de presin se registra sobre la

superficie de un metro cuadrado m2 en donde acta la fuerza de un newton N igual a un pascal Pa, Pa=N/m2. Otras unidades ms comunes

de presin son: milmetros de mercurio (mmHg) atmsferas (atm), bar,

psia, psi.

La presin desde el punto de vista de la Termodinmica Clsica, se

clasifica en Presin atmosfrica o baromtrica, Presin absoluta,

Presin manomtrica y Presin de vaco.

La presin atmosfrica, se define como el peso de una columna unitaria

de aire que inicia desde un punto de referencia en la tierra hasta donde termina la atmsfera terrestre y para medirla se utiliza el barmetro.

La presin absoluta, se define como la suma algebraica de la presin atmosfrica ms la presin manomtrica o la presin atmosfrica menos

la presin vacuomtrica. La presin manomtrica, es la lectura directa

que registra un manmetro analgico o digital y tambin se puede obtener mediante clculos, cuando se tiene un manmetro diferencial.

La presin hidrosttica es la que ejerce el lquido y aumenta conforme

aumenta la columna de este, debido a la densidad del mismo y a la fuerza de gravedad, para medirla se utiliza un manmetro diferencial.

Presin absoluta = Presin atmosfrica + Presin manomtrica.

Presin absoluta = Presin atmosfrica - Presin de vaco.

Presin manomtrica = a la presin dada por un manmetro.

Presin atmosfrica = Presin baromtrica.

De acuerdo con el diagrama siguiente, la presin absoluta se define como la suma algebraica de la presin atmosfrica ms la presin

manomtrica o menos la presin vacuomtrica, tal como se defini

anteriormente.


ACTIVIDADES:

1. Armar el equipo correspondiente tal como lo muestra la figura siguiente.

2. Realizar el experimento, obteniendo datos experimentales de

alturas y temperaturas correspondientes. 3. Con la temperatura del experimento, encontrar los datos

correspondientes de presin y volumen del gas, en las tablas

termodinmicas.

4. Con la presin del experimento encontrar los datos correspondientes de temperatura y volumen del gas, en las tablas

termodinmicas.

5. Realizar todos los clculos con sus respectivas unidades. 6. Con los datos de presin y temperatura experimentales y de

tablas considerados como bibliogrficas obtener los porcientos de

error. 7. Construir los diagramas de PVg y PT, entrando con presin y

temperatura.

8. Interpretar los significados de las diferentes presiones, como manomtrica, vaci, hidrosttica, atmosfrica.

DESARROLLO:

1. Armar el equipo de acuerdo con la figura correspondiente.

2. Medir la altura total, desde el piso como punto de referencia

hasta el menisco del agua contenida dentro del matraz. 3. Hacer lectura de la temperatura ambiente.

4. Con el mechero Bunsen, calentar el agua del matraz, acercando el

termmetro con el tapn a la boca del mismo sin taparlo hasta alcanzar la ebullicin del lquido.

5. Cuando el termmetro marque 93C, tapar bien el matraz con el

tapn y el termmetro cuidando de que el bulbo de este no toque el lquido y de manera simultnea retirar el mechero.

6. Esperar que la temperatura del sistema descienda a 85C y de

forma simultnea e instantnea medir las alturas del sistema hs y la altura atmosfrica ha sin cambiar el punto de referencia

utilizado al medir la altura total.

7. Continuar con este proceso, cada vez que el sistema disminuye su

temperatura 5C hasta los 50C.


8. En todo momento deber de cuidarse de que no entre aire al

sistema por las paredes del tapn y el matraz, para no romper el

vaco. No deben de formarse burbujas. 9. Terminado el experimento, retirar el tapn con el termmetro,

rompiendo el vaco al oprimir el tapn para su retiro.

MATERIAL UTILIZADO:

Barmetro.

Dos reglas graduadas en centmetros de un metro de longitud.

Manguera de tygn o ltex.

Manmetro diferencial en forma de U.

Matraz baln de fondo plano de 250 ml.

Mechero Bunsen.

Nuez doble.

Pinzas de tres dedos con extensin para refrigerante.

Termmetro de 10 a 150C con intervalo de 1C.

Tapn de hule del No.5

SUSTANCIAS UTILIZADAS:

Agua destilada.

Gas butano.

Mercurio.

EQUIPO UTILIZADO. Para la obtencin de datos presin temperatura de

una sustancia pura.


CLCULOS Y RESULTADOS:

TABLA DE DATOS OBTENIDOS EN EL LABORATORIO.

hT = tamb = hbarom =

Temperatura t del

sistema en C.

Altura del Hg del

sistema hs en cm.

Altura del Hg a la

atmsfera ha en cm.

De 90 a 50 C

de 5 en 5 C

TABLA DE ECUACIONES A UTILIZAR EN LOS CLCULOS:

No. ECUACIN UNIDADES SIMBOLOGA

1 vacatmab PPP pascalPab absolutaesinPab Pr

2 )( Hghidatmab PPPP pascalPab absolutaesinPab Pr

3 ghPP Hgbarbaratm pascalPatm aatmosfricesinPab Pr

4 Hghidvac PPP pascalPvac cavacuomtriesinPvac Pr

5 ghhP OHsThid 2)( pascalPhid cahidrosttiesinPhid Pr

6 ghhP HgatmsisHg )( pascalPHg mercuriodeesinPHg Pr

7 100%

Bibabs

ExpabsBibabs

P

PPE

E = porciento de error.

278.9 smg para la cd. De Mxico.

100%

Bibabs

ExpabsBibabs

T

TTE

No se calcula el % de error del volumen del gas, porque no se midi. El dato es bibliogrfico en todo momento.

8 20003.0466.208.13595 ttHg = Kg/m3 = densidad.

9 2652 106105.398.999 txtxOH

= Kg/m3 = densidad.

10 1

12

1

12 YXX

XXYYY

Y= a valor buscado. X= al punto de referencia

CLCULOS: Debern de registrarse todos los clculos con unidades y los resultados deben de presentarse en forma de tablas con sus

respectivas unidades.

ANLISIS DE LOS RESULTADOS: El anlisis de resultados deber de

registrarse de manera precisa, lo que el resultado representa o significa,

en cinco renglones como mximo y luego despus de la tabla de los mismos.

GRFICAS: Para hacer las grficas, debern de registrase en los ejes

coordenados las variables que se estn graficando con sus respectivas unidades.

Para obtener los valores del volumen del gas, gV se utilizan las tablas de

vapor del agua, entrando con presin y con temperatura, haciendo las interpolaciones correspondientes.

El gV no se recomienda calcularlo con la ecuacin de los gases ideales,

porque NO es un gas ideal, el vapor del agua es un gas real.


ANLISIS DE LAS GRFICAS.

En este anlisis deber de describirse de manera precisa lo que la

grfica significa o representa, mximo cinco renglones.

CONCLUSIONES:

No se deben confundir con observaciones, las conclusiones son el hecho de poder conjuntar el conocimiento adquirido previamente con los

resultados obtenidos en el laboratorio, mximo cinco renglones.

EJEMPLO DE INTERPOLACIN:

112

112 T

PP

PPTTT

Se tiene como dato o valor calculado la presin absoluta experimental y

se busca la temperatura correspondiente a dicha presin:

DATOS:

Dato Lmite superior Lmite inferior resultado

P=.168248 bar P = 0.20 bar P = 0.15 bar t = al valor buscado.

t = 56.19C Incgnita

t = C t = 60.06 C t = 53.97 C

Cbarbar

barbarCCt

19.5697.53

15.020.0

15.0168248.097.5306.60




LABORATORIO DE TERMODINMICA BSICA II

ESTE NO ES UN MANUAL DE PRCTICAS PRCTICA NMERO TRES

NOMBRE DE LA PRCTICA: Capacidad calorfica de un metal.

OBJETIVO: Calcular la capacidad calorfica de un metal a diferentes

temperaturas y compararlo con el dato bibliogrfico para calcular el % de error.

FUNDAMENTACIN TERICA: La capacidad calorfica se define como la relacin existente entre el calor suministrado al sistema y el cambio en

la temperatura del mismo. Haciendo que la capacidad calorfica sea

funcin de la temperatura, adems de considerar si el proceso se

efecta a presin o volumen constante, mantenindose as las relaciones siguientes:

calorficacapacidaddT

dQC

teconspresinacalorficacapacidadT

HCp

P

tan

teconsvolumenacalorficacapacidadT

UC

V

V tan

Ecuaciones que sern demostradas ms adelante.

La primera Ley de la Termodinmica establece que la energa de los

sistemas depende del estado en que se encuentra, con respecto a la

Presin el Volumen y la Temperatura y en algunos casos de otras

variables, dado que existen ecuaciones que permiten calcular una tercera variable.

En un sistema cerrado, son suficientes dos variables para definirlo, por conveniencia se utiliza el volumen y la temperatura manteniendo la

presin constante (Presin atmosfrica); este criterio, permite plantear

el cambio de energa E como una funcin de la temperatura T y el volumen V, expresndose as desde el punto de vista de las

matemticas como ),( VTFE en donde el cambio de energa queda en

funcin del volumen y la temperatura, misma que al hacer la derivada

parcial se tiene:

),( VTFE

E = Energa interna

T = Temperatura. V= Volumen.


dVV

EdT

T

EdE

TV

VT

E

TV

E

PROCESO A VOLUMEN CONSTANTE:

De acuerdo con la primera Ley de la Termodinmica se tiene que dWdQdE en donde el trabajo ya sea de expansin o de compresin

se calcula cmo dVPdW op pero si se considera que el proceso se lleva

a cabo a volumen constante, entonces 0dV el resultado de esta

derivada permite que 0dW haciendo que el cambio de energa sea

igual al calor suministrado o retirado del sistema, dQdE .

Al interpretar a la primera derivada parcial del cambio de energa

interna del sistema como una funcin de la temperatura manteniendo

el volumen constante se tiene:

dT

dQ

dT

dQ

dT

dE

T

E V

VV

La ecuacin anterior informa que al calcular el calor suministrado o retirado del sistema y dividirlo entre el cambio de temperatura T y la masa, se obtiene la capacidad calorfica C de acuerdo con la definicin

anterior de esta variable.

Al dividir entre la masa se obtiene la ecuacin Tm

QC

que permite

calcular la capacidad calorfica por gramo, tambin conocido como calor especfico y se define como la cantidad de calor que se debe suministrar

a un gramo de masa para elevar su temperatura en un grado

centgrado.

Cuando se multiplica el calor especfico por el peso molecular, se

obtiene la capacidad calorfica molar. Estas definiciones son aplicables a slidos, lquidos y gases.

De acuerdo con las derivadas anteriores, se puede observar que la capacidad calorfica es una funcin de la temperatura; por ejemplo para

el aluminio a 0C C = 0.2079 cal/g y a 100 C C = 0.225 cal/g.

Tambin se debe entender que la capacidad calorfica calculada como

Tm

QC

es un promedio de la capacidad calorfica calculada en el

Representa el cambio de energa interna del sistema, cuando

la temperatura cambia manteniendo el volumen constante.

Representa el cambio de energa interna del sistema, cuando el volumen cambia manteniendo la temperatura constante.


intervalo de temperatura T y que el valor exacto para una temperatura

dada sera T

Q

mC

1

El valor de la capacidad calorfica, adems de depender de la

temperatura, tambin depende de las condiciones en que fue medida ya

sea a presin P o volumen V constantes por lo que esto debe ser aclarado mediante un sub ndice como CP o CV que representan la

capacidad calorfica a presin y volumen constante respectivamente.

PROCESO A PRESIN CONSTANTE.

Para un proceso a presin constante, la ecuacin que establece a la

primera ley de la Termodinmica se tiene: f

i

op

f

i

p

f

i

dVPdQdE la

solucin de esta ecuacin )( 1212 VVPQEE opP permite obtener una

nueva funcin de estado conocida como entalpa H igual a PVEH

HQPVEPVE Pinicialfinal As, para el clculo en el cambio de energa interna E, conviene utilizar a T y V como variables fundamentales, para el cambio de

entalpa conviene utilizar la temperatura T y la presin P haciendo que H sea funcin de T y P para sistemas cerrados.

PTfH ,

dPP

HdT

T

HdH

TP

P

P

P

CdT

dQ

T

H

P

P

pC

T

H

dT

dH

PP dHdQ

nCpdTdQ

ndT

dQC PP

La primera parcial se identifica como

capacidad calorfica a presin constante.

H = Entalpa

T = Temperatura

P = Presin

Ecuacin que permite calcular el calor transferido

CP = capacidad calorfica a

presin constante

Ecuacin que permite calcular la capacidad

calorfica.

Tanto el calor como la entalpa representan el cambio de

energa a presin constante.


ACTIVIDADES:

1.-Armar el equipo correspondiente. 2.-Realizar el experimento y obtener los datos de temperatura.

3.-Pesar el aluminio.

4.-Realizar todos los clculos con unidades. 5.-Con los resultados de la capacidad calorfica experimental y los

bibliogrficos, obtener los porcientos de error.

6.-Construir la grfica de CP contra temperatura.

DESARROLLO:

1.-Armar el equipo. 2.-Pesar el trozo de aluminio.

3.-Hacer lectura de temperatura ambiente del aluminio sumergido

en el agua. 4.-Comenzar a calentar el agua con el aluminio sumergido y el

termmetro para medir el tiempo y la temperatura cada vez que

aumentan diez grados centgrados, hasta alcanzar el punto de ebullicin del agua.

5.-Hacer los clculos de la capacidad calorfica CP y el calor

suministrado para cada temperatura.

MATERIAL UTILIZADO:

Vaso de precipitados de 250 ml.

Agua normal.

Trozo de aluminio.

Mechero Bunsen.

Gas Licuado del Petrole (L P).

Pinzas.

Termmetro de 10 a 150C con intervalo de 1C.

SUSTANCIAS UTILIZADAS:

Agua normal.

Gas L. P.

EQUIPO UTILIZADO.



TABLA DE DATOS OBTENIDOS EN EL LABORATORIO.

Masa del aluminio=

Temperatura t del

sistema en C.

Temperatura

ambiente

Desde ti C

a

90C

Con intervalos de 10 C


N

o.

ECUACIN UNIDADES SIMBOLOGA

1

molgrado

caloraTC

alumniodelP

00322.080.4

gradomol

calorias

CP = capacidad calorfica.

2

TnCQ P caloras

Q = calor Suministrado.

3

PM

mn

PM = Peso molecular.

n = mols. m = masa.

4 100%

exp

icobibliogrfP

erimentalPcoBibliogfiP

C

CCE

E = porciento de error.

CLCULOS: Debern de registrarse todos los clculos y los resultados

presentarse en forma de tablas con sus respectivas unidades.

ANLISIS DE LOS RESULTADOS: En l anlisis de resultados deber

de registrarse de manera precisa, lo que el resultado representa o

significa.

GRFICAS: Para hacer las grficas, debern de registrase en los ejes

coordenados las variables que se estn graficando con sus respectivas

unidades.


ANLISIS DE LAS GRFICAS. En este anlisis deber de describirse de

manera precisa lo que la grfica significa o representa.

CONCLUSIONES: No se deben confundir con observaciones, las

conclusiones son el hecho de poder conjuntar el conocimiento previo,

con los datos y resultados obtenidos en el laboratorio.

DATOS BIBLIOGRFICOS.

ALUMINIO

TEMP. ( K) TEMP. ( C) Cp (KJ/ (Kg C))

200 - 73.15 0.797

250 - 23.15 0.859

300 26.85 0.902

350 76.85 0.929

400 126.85 0.949

450 176.85 0.973

500 226.85 0.997






PRCTICA No. CUATRO

NOMBRE DE LA PRCTICA: Determinacin del calor latente de fusin

de una substancia pura (agua).

OBJETIVO: Utilizando un calormetro adiabtico a presin constante,

obtener datos que permitan calcular el calor latente de fusin del hielo

para compararlo con el valor bibliogrfico.

FUNDAMENTACIN TERICA: Para entender el calor latente se debe

comprender a la primera Ley de la Termodinmica, comencemos por

analizar una situacin real que se realiza diariamente calentar el agua, ejemplo que permitir redondear esta idea; para lo cual se cuenta con

un sistema en donde se efecta el proceso de calentamiento del agua,

desde una condicin inicial i a una condicin final f de equilibrio, al suministrar calor Q que permita hacer un cambio en la temperatura, desde Ti Tf.

NOTA

Se habla de condicin final, porque el agua hierve a 100 C a nivel

del mar, a presin de una atmsfera, independientemente de que se continu agregando ms y ms calor, la temperatura no

aumentar.

Esto debido a que los lquidos hierven, cuando la presin interna

de estos se iguala con la presin externa, haciendo que el punto de

ebullicin permanezca constante a esa presin.

El criterio anterior, permite entender que el punto de ebullicin de

un lquido es funcin de la presin externa.

Por ejemplo: a nivel del mar el agua hierve a 100C y 760 mmHg, en la ciudad de Mxico el agua hierve a 93 C y 585 mmHg,

observando que al disminuir la presin el punto de ebullicin

tambin disminuye.


VVT

E

dT

dQCV

)(

Este cambio en la temperatura del sistema, genera un cambio en la

energa interna EiEf al calentar el agua, haciendo que el sistema realice un trabajo W, mover la tapa del contenedor.

Desde el punto de vista de las matemticas el proceso se representa

como: WEEQ if )( en donde el cambio de energa interna representa

un incremento E y este incremento se calcula mediante una derivada por lo que se puede escribir como; dWdEdQ ecuacin que establece

a la primera Ley de la Termodinmica, en donde E representa a la energa interna, Q el calor y W el trabajo realizado.

La ecuacin dWdQdE , es la relacin ms importante que tiene el

hombre para su aplicacin en la naturaleza, pues expresa la relacin de la energa trmica y mecnica con la masa contenida en un proceso.

Si se considera que el cambio de la energa interna del sistema, es funcin de la temperatura y el volumen manteniendo la presin

constante, entonces al hacer la derivada parcial de la energa se tiene:

dTT

EdQ Vv )(

P

P

CT

H

dTT

EdE V)(

El subndice V indica que el proceso se lleva a cabo a volumen constante y nos informa del cambio en la

energa interna, cuando cambia la temperatura.

Si el volumen es constante, entonces el trabajo realizado es igual a cero, haciendo que el cambio de

energa interna sea igual al calor suministrado.

Entonces esta ecuacin relaciona, el calor suministrado con respecto al cambio en la

temperatura, manteniendo el volumen constante.

A la relacin del calor suministrado con

respecto del cambio en la temperatura

manteniendo el volumen constante se llama capacidad calorfica a volumen

constante y se clasifica como CV.

Para un proceso a presin constante, al derivar e

integrar entre lmites la ecuacin que establece a la

primera ley de la termodinmica se tiene una propiedad diferente; la entalpa, que es igual al calor

transferido, dando as la capacidad calorfica a presin

constante clasificada como CP.

dVV

EdT

T

EdE

T

V

)(


TCm

QH P

P

Retomando el ejemplo de calentar el agua, despus de calcular el valor

dWdQdE se procede a cambiar la trayectoria del proceso

manteniendo la misma condicin inicial, para llegar hasta el estado

final f; al repetir el proceso una y otra vez usando diferentes caminos en cada caso, el valor del cambio en la energa interna E para cada uno de los procesos, se mantiene constante.

La explicacin se debe a que; la magnitud del calor Q y el trabajo W, separados dependen de la trayectoria, pero el cambio total de energa

interna E no depende de esa trayectoria, sino de la condicin inicial y final del proceso, conservndose de alguna forma la energa, esto es la

primera ley de la termodinmica, como se ejemplifica en la figura

siguiente.

La energa del universo, no se crea ni se destruye solo se transforma, concepto comnmente conocido como el principio de conservacin de la energa y en Termodinmica se clasifica como: La primera ley de la termodinmica, basada en las observaciones fsicas, por lo que no est sujeta a demostraciones matemticas.

PERO QU ES LA ENERGA?.- En primer lugar se debe entender, que

la energa en cualesquiera de sus formas se presenta como el producto de dos factores; uno de capacidad y el otro de intensidad o factor

potencial, reflejando as todas las formas posibles de movimiento, su

transformacin mutua y la imposibilidad de destruir al movimiento

mismo. ENERGA = (FACTOR DE CAPACIDAD).(FACTOR DE INTENSIDAD O FACTOR POTENCIAL)

EL FACTOR DE CAPACIDAD.- relaciona a la energa con las

propiedades extensivas de la materia como la masa o el volumen.

EL FACTOR DE INTENSIDAD.- Relaciona a la energa con las

propiedades intensivas, como la presin o la temperatura.

La definicin ms completa de energa es la de Guerasimov, cientfico

Ruso que establece: La energa que interviene en las transformaciones

de una forma de movimiento a otro, expresada en distintas unidades del movimiento desaparecido y del surgido, es equivalente.

Esta ecuacin, representa el cambio de calor para procesos con fluidos incompresibles y gases ideales.


Es decir, la energa del movimiento desaparecido se encuentra en

relacin cuantitativa constante con el movimiento surgido; en donde la

relacin no depende de la magnitud de la energa de ambas formas de movimiento, ni de las circunstancias concretas bajo las cuales ocurre el

cambio de una forma a otra.

En su aplicacin a las diferentes transformaciones de energa, no existe

ninguna restriccin, no dice nada de que si el proceso es espontneo o

no, si es reversible o irreversible, de que la masa se convierte en energa

y la energa en masa, solo es un principio aceptado.

Para su utilizacin puede expresarse de diferentes formas como:

Tomando como base la definicin anterior, todo cambio de estado de

cualquier cuerpo o sistema de cuerpos, va acompaado por un cambio de energa que se evala durante un tiempo determinado, mediante un

trabajo ya sea realizado por el sistema o hecho sobre ste. Si el estado

de un cuerpo o sistema, est determinado por dos de las propiedades fundamentales Presin P, Volumen V, Temperatura T, en trminos

generales el cambio de una de estas propiedades deber acompaarse

de un trabajo. Por ejemplo, el cambio de energa interna de un gas, se obtiene como resultado del gasto de trabajo mecnico externo o interno,

dependiendo si el sistema aumenta o disminuye su temperatura.

As el trabajo mecnico externo de compresin se realiza cuando se desea calentar el gas del sistema y el trabajo mecnico interno o de

expansin se realiza cuando se desea enfriar dicho gas.

LA ENERGA Y SUS FORMAS. Desde el punto de vista de la

Termodinmica clsica, las formas de energa ms importantes son la

energa interna, la energa calorfica, el trabajo, la energa potencial, la energa cintica, la energa libre de Helmholtz y la energa libre de

Gibbs.

ENERGA INTERNA.

Para los fines de esta prctica, definiremos a la energa interna de un

sistema como la suma de todas las energas existentes dentro del mismo, pero diferente de la energa cintica y potencial, es decir;

representa las diferentes formas de energa en el nivel microscpico,

esta energa se clasifica como E o U y representa la energa total del

sistema potencialcintica EEUE . Momentneamente se definir a la

energa como la capacidad que tiene el sistema para realizar trabajo

til, siempre que esta pueda organizarse.


CALOR.

Histricamente, el concepto de calor ha sido muy difcil de definir; en 1780 Benjamn Thompson le dio el nombre de calrico. En la actualidad, el concepto de calor representado por la letra Q, se define

como una medida de la transferencia de energa trmica y se determina por el cambio de temperatura en un proceso.

Desde el punto de vista de la Termodinmica clsica, el calor se clasifica

en calor sensible y calor latente; esto quiere decir, que cuando se transfiere energa a un sistema en forma de calor, se manifiesta

aumentando la temperatura, si por lo contrario saliera calor le

temperatura disminuye, este intercambio de energa, se representa dando un signo convencional al calor; cuando entra al sistema se le

asigna un signo positivo +Q y cuando sale del mismo se le asigna un signo negativo -Q.

El calor contenido dentro del sistema o energa calorfica que fluye

desde los alrededores permite realizar trabajo til a expensas de la creacin de entropa, permitiendo interpretar el signo del calor como la

direccin en la cual fluye la energa calorfica, cuando se efecta un

proceso, como se muestra en el dibujo siguiente.

James Prescott Joule en 1840, determin que el calor y el trabajo son la

manifestacin del mismo fenmeno, manteniendo as la misma unidad

el joule.

CALOR SENSIBLE.

Se define como el calor que se agrega o se retira de una sustancia, para

que cambie su temperatura sin que haya un cambio de fase.

Por ejemplo en el agua de 3C a 0C se aade calor sensible aumentando la temperatura del slido sin que cambie de fase, o

tambin se aade calor sensible de 0C a 100C aumentando la temperatura del lquido, pero no cambia de fase.

CALOR LATENTE.

Este se define como el calor que se agrega o retira de una sustancia,

para generar un cambio de fase, manteniendo la temperatura

constante, como se muestra en el diagrama siguiente.


En dicho diagrama, se puede observar como el agua a 0C se aade calor latente para lograr un cambio de fase de slido a lquido sin

aumentar la temperatura y en estado lquido a 100 C se agrega calor

latente para que cambie a vapor sin cambiar su temperatura.

ACTIVIDADES:

1. Limpiar el calormetro.

2. Depositar el agua y el hielo para la obtencin de los datos.

3. Calcular el calor latente de fusin del hielo. 4. Calcular el porciento de error.

5. Hacer el diagrama correspondiente.

DESARROLLO:

Pesar el calormetro de vidrio.

Medir el dimetro interno.

Agregar al calormetro de 300 a 350 ml de agua.

Medir la altura a partir del menisco del liquido al desborde del

calormetro.

Tapar el calormetro, colocando junto con la tapa el agitador y el

termmetro y agitar en ms menos tres minutos, para hacer lectura de la temperatura inicial.

Depositar el hielo y continuar con la agitacin, hasta que la

temperatura se estabilice, registrando esta como temperatura final,

es importante registrar la temperatura exactamente cuando esta se detiene en ms menos cinco minutos y que todo el hielo se haya

fundido.

Destapar el calormetro y medir el volumen final de agua.


MATERIAL UTILIZADO:

Hielo.

Agua

Calormetro adiabtico.

Termmetro.

Probeta.

Agitador.

Regla.


TABLA DE DATOS OBTENIDOS EN EL LABORATORIO: Temperatura inicial ti

Temperatura final tf

Volumen inicial. (ml)

Volumen final.(ml)

Dimetro interno.(cm)

*h del calormetro con aire-(cm)

*h altura dentro del calormetro, del espejo de agua al desborde del calormetro.



1 hieloaguaocalormetraireTotal QQQQQ joulesQ Q = calor

2 TCpnQ aireaireaire RTnPV aire KmolJoules

PC n =No., de mols

3 TCmQQ vidrioPvidriovidrioocalormetr joulesQ CP=capacidad calorfica

4 TCp

PM

VQ aguadelmedio

OH

OHOH

agua 2

22 Calcular la

1 a Ti

5

OHOHif

latente

VV

QH

22)( gramo

calora

H = Entalpa

6 TCp

PM

VVQ hielodelaguadelmedio

OH

OHOHif

sensible

2

22)(

Calcular la a 0 C

7 hielodelaguadelinicialfinalhielo VVm )( gramosm masam

8 )( hielodelaguadelselsibleaguaocalormetrairehielodelfusindelatente QQQQQ

9

hielo

hielodelfusindeLatente

hielodelfusindem

QH

10 0 esalrrededorlosatransfieresequeTQ entalpadecambioalH

11 100%

expx

H

HHE

icobibliogrf

erimentalicobibliogrf


TABLA DE CAPACIDAD CALORFICA:

No. Ecuacin Unidades

1 RdTbTaCpaire )(2 a =3.355 b =0.575*10-3 d =-0.016*105 J/mol-K

2 RTTCp lquidaagua )10*18.010*25.1712.8(263

J/mol-K

3 2652 106105.398.999 txtxOH

= Kg/m3 = densidad.

4 Cg

calvidrioCp 20.0 Cg

cal

5 hrVaire2 ml

TABLA DE DATOS ADICIONALES:

No. MATERIAL DATO

1 Masa del calormetro (vidrio) 375.00 g.

2 Volumen de aire dentro del calormetro. hrVaire2 calcularlo


En los clculos y resultados, debern de registrarse todos los clculos y los resultados debern de presentarse en forma de tablas con sus


ANLISIS DE RESULTADOS: Hacer El anlisis de resultados, registrando de manera precia lo que

significa o representa el resultado.

GRFICAS:

Construir el diagrama de Presin-Temperatura, para ubicar el punto

exacto donde se efecta el experimento.

ANLISIS DE LAS GRFICAS:

Mximo cinco renglones, en el se registrar de manera precisa lo que la

grfica representa.

CONCLUSIONES:

Estas no deben confundirse con observaciones, las conclusiones son el hecho de poder conjuntar el conocimiento previo con los resultados

obtenidos en el laboratorio.






PRCTICA NMERO CINCO Y SEIS

NOMBRE DE LA PRCTICA: Aplicacin de la Primera y Segunda Ley de

la Termodinmica, al clculo del calor total que se transfiere, as como el cambio de entropa que se genera en el proceso de fusin de una

sustancia pura.

OBJETIVO: Determinar si el proceso es adiabtico y espontneo, mediante el clculos del calor total transferido y la entropa creada en

dicho proceso.

NOTA: La teora correspondiente a la Primera Ley de la Termodinmica,

est contenida en la prctica nmero cuatro de esta gua.

FUNDAMENTACIN TERICA.- Como todas las leyes de las ciencias,

las de la Termodinmica no son la excepcin, son el producto de las

observaciones que despus de comprobarse experimentalmente resultan ser de ndole general, adems de ser las ms universales de

todas las leyes. As, la Segunda Ley de la Termodinmica en su

interpretacin ms general, establece que a cada instante el universo

aumenta su grado de desorden o caos como producto del deterioro general de la energa utilizable y el consecuente aumento de entropa.

La Segunda Ley de la Termodinmica surge como una respuesta al vaci e incomprensin que deja la Primera Ley con respecto a los

sistemas irreversible prcticamente ignorados y debido a su generalidad

puede ser interpretada desde diversos puntos de vista, dependiendo del inters particular de quien la estudia, analiza y explica; nosotros la

enfocaremos desde el punto de vista de la espontaneidad de los

procesos a realizar.

Dicho enfoque, toma como patrn fundamental el comportamiento

espontneo e irreversible de los procesos que se encuentran en el

mundo real; como la tendencia de la energa aprovechable o la de los cuerpos a desgastarse y agotarse, al fluir el calor de la parte ms alta a

la ms baja; las montaas y las costas se erosionan, los recursos

naturales se agotan y en todos estos procesos, ninguno har el proceso reversible de forma espontnea.

Estos ejemplos sugieren que la Segunda Ley de la Termodinmica puede ser descrita o interpretada desde otro punto de vista, en donde la

entropa del universo tiende hacia un mximo y la energa utilizable


hacia un mnimo, se est agotando; esta concepcin permite analizar la entropa en los diferentes sistemas revelando lo siguiente:

Un sistema cerrado y aislado no intercambia materia ni energa

con sus alrededores, por lo que su entropa total no decrece.

Un sistema cerrado, no intercambia materia con sus alrededores, solo intercambia energa, en este caso la segunda ley establece que

la entropa total del sistema y sus alrededores tampoco decrece.

Pero en un sistema abierto en donde se intercambia materia y energa con sus alrededores, muchos evolucionistas sugieren que

la segunda Ley de la Termodinmica pierde toda aplicacin.

1. Para un proceso reversible STOTAL = 0. 2. Para un proceso irreversible STOTAL > 0. 3. Para un proceso imposible STOTAL < 0.

El Dr. John Ross de la Universidad de Harvard declar: No existen

violaciones a La Segunda Ley de la Termodinmica ya que

generalmente, esta ley se establece para sistemas aislados, no obstante puede aplicarse a sistemas abiertos, justificando que la creencia de que

la Segunda Ley de la Termodinmica falla en estos sistemas, es debido

a que se le asocia con el concepto de la Termodinmica lejos del equilibrio, este error no debe perpetuarse.

Los sistemas abiertos tambin tienden al desorden y existen casos especiales en donde el orden de un sistema puede incrementarse a

expensas de un mayor desorden de otro sistema; un ejemplo de esto es

la cristalizacin de un lquido o un gas, el cual aumenta su orden a expensas del desorden de los otros estados.

ANLISIS

As como la energa en desorden no puede ser utilizada en los

procesos, ni genera informacin compleja especfica en organismos vivos. El argumento de sistema abierto tampoco ayuda en mucho a la evolucin del conocimiento.

La energa desordenada o no dirigida acelera la destruccin, no es

aprovechable; Como la energa que desarrollan los tornados y los huracanes; o simplemente ponerse al sol no nos hace ms

complejos, ya que el cuerpo humano no cuenta con los

mecanismos para organizar y utilizar adecuadamente el exceso de energa solar.

Exponerse al sol, sera como querer que un automvil avance con

mayor velocidad al derramar la gasolina sobre l; Sin pensar que el automvil avanza a medida que la energa contenida en el

combustible es dirigida mediante un proceso de combustin.


Para obtener energa calorfica organizada que permita desarrollar

un trabajo til, como mover los pistones de un motor que

produzca el movimiento en el cigeal para mover las llantas que muevan el automvil y realizar un trabajo de desplazamiento.

En un sistema cerrado la Entropa aumentar siempre que en el

interior del sistema se realicen procesos irreversibles y como estos procesos son los ms comunes, entonces se puede decir que en el

universo, la entropa siempre estar aumentando.

Todo esto hace pensar que una energa no dirigida no puede ser utilizada y en algunos casos resulta ser destructiva, as los argumentos

termodinmicos son excelentes cuando se utilizan adecuadamente.

CONCLUSIONES DE LA FUNDAMENTACIN TERICA

En concreto: todos los procesos naturales son espontneos e

irreversibles y tienden al equilibrio, la primera Ley de la Termodinmica

no dice nada al respecto, por lo que la Segunda Ley puede considerarse como una restriccin a la primera, adems de permitir hacer una

prediccin de la direccin espontnea de los procesos y de las

reacciones qumicas.

En los procesos fsicos, la direccin espontnea es clara; el calor fluye

del cuerpo ms caliente al ms fro, as la materia fluye de una regin de alta presin a una de baja presin, pero la direccin espontnea en

las reacciones qumicas no es tan obvia.

Una segunda conclusin, permite afirmar que la segunda ley se refiere a la tendencia de los procesos al equilibrio y establece que existe una

funcin de estado, que los cientficos han clasificado como entropa S,

que al ser evaluada predecir la espontaneidad de los diferentes procesos.

Y una tercera conclusin, establece que en todo proceso reversible, la

entropa total del sistema permanece constante 012 SSSTotal

mientras que en los procesos irreversibles la entropa total aumenta

012 SSSTotal .

S se considera que todos los procesos naturales son irreversibles, la conclusin final ser; La entropa total en el universo crece pero no se

destruye, esta conclusin permite entender que; cuando un sistema no

est en equilibrio, pasar espontneamente a un estado de equilibrio

mediante algn proceso irreversible, durante el cual la entropa total aumentara, hasta alcanzar un valor mximo en el equilibrio y una vez

alcanzado la entropa total permanecer constante.

La entropa si se crea y no se destruye.


QU ES LA ENTROPA?

S se considera que todos los procesos irreversibles tienen la tendencia natural hacia el desorden y el caos mientras se degrada la energa

utilizable, entonces se hace necesaria la magnitud que permita medir la

descripcin de este caos, de la tendencia al desorden de los procesos naturales en todo el universo como sistema aislado.

Esto justifica definir a la entropa S como la magnitud o medida de la

degradacin energtica o de la direccin espontnea bajo la cual se llevan a cabo los procesos naturales e irreversibles e incluso como una

medida del desorden y el caos de la energa no utilizable.

Esta definicin de entropa hace que la segunda ley de la

termodinmica limite a la primera, al establecer que procesos son

factibles espontneamente y que procesos no lo son. Adems de entender a la entropa como una propiedad extensiva, debido a que su

valor depende del tamao del sistema y puede ser especifica o molar,

teniendo como unidades J/K, J/Kg-K, J/mol-K o cal/mol-K; esta propiedad termodinmica fue identificada por Clausius en 1854.

CARACTERSTICAS ASOCIADAS A LA ENTROPA.

Si la entropa se define como una tendencia de los procesos al equilibrio

entonces se podr calcular solamente para estados de equilibrio y solo

se calcularan variaciones de esta, en muchos problemas prcticos como el diseo de maquinas se considera nicamente diferencias de entropa.

Por conveniencia se considera como cero la entropa de una sustancia en algn estado de referencia conveniente, as se obtienen las tablas de

vapor en donde se supone cero la entropa del agua en fase liquida a

0C y una atmsfera de presin; la entropa de un sistema en estado de equilibrio es funcin nicamente del estado del mismo y es

independiente de los procesos anteriores y puede calcularse como una

funcin de las variables termodinmicas del sistema, tales como la presin y la temperatura o la presin y el volumen.

ENUNCIADO DE KELVIN-PLANCK Y CLAUSIUS.


Enunciado de Kelvin-Planck de la segunda ley: Es imposible para un

sistema experimentar un proceso cclico cuyo nico resultado sea la

absorcin de calor de un nico depsito a una nica temperatura y la transformacin en una cantidad equivalente de trabajo.

Enunciado de Clausius de la segunda ley: El calor no puede por s mismo, pasar de un cuerpo ms fro a uno ms caliente, debido a que la

entropa total en todo proceso reversible permanece constante, haciendo

que la entropa se defina como una relacin existente entre el calor

dado o cedido en un proceso reversible con la temperatura intercambiada.

Thompson y Clausius. La expresin: El calor no se transforma en trabajo, sin producir cambios permanentes en los sistemas

comprendidos o en sus proximidades, expresin correspondiente a la

segunda ley de la termodinmica, lograda gracias a los esfuerzos de Thompson y Clausius.

Para llegar a dicho enunciado, consideraron al universo como un sistema aislado en donde no existe ningn intercambio de energa de

ningn tipo con el exterior del universo, pero esto es posible?, l

exterior del universo existe? suponiendo que esto fuese posible, para

poder obtener un enunciado general de la segunda ley de la termodinmica en forma matemtica, se utiliza el nuevo concepto de

entropa S el cual depende solo de los estados inicial y final del sistema

y el cambio de esta, de la misma manera que la energa interna E y la entalpa H el cambio entrpico ser igual a S.

Para una maquina compuesta donde el cambio de entropa total es

menor que cero se tiene 0

TdQ

, si invertimos el funcionamiento de la

maquina cambia el signo del calor Q pero no su magnitud 0

TdQ

esto

permite concluir, un sistema cualquiera tiene una propiedad de estado,

que por tratarse de la transferencia de calor con respecto de la

temperatura en un proceso reversible se tenga la entropa como propiedad termodinmica del mismo.

)(0

reversiblecicloT

dQrev

12 SSS

T

dQdS rev

Esta ecuacin informa, para cualquier proceso reversible

en donde se transfiere calor con respecto de la

temperatura, se obtiene una funcin de estado conocida como entropa.

En donde S2 y S1 son las entropas de los estados final e inicial del sistema al efectuarse el proceso.


dS

revdQ

T

Si todos los procesos naturales, son espontneos e irreversibles,

entonces todos estos procesos tienden al aumento de la entropa o desorden y a la disminucin de la energa utilizable, para calcular el

cambio de entropa S en un proceso irreversible, es recomendable

pensar en un camino reversible, que permita llevar al sistema desde una condicin inicial hasta una condicin final. Esto debido a que

cuando un sistema pasa de una condicin inicial a una condicin final,

el calor transferido en un proceso reversible revQ es mayor que el

transferido en un proceso irreversible:

irrevrev dQdQ

T

dQdS rev

T

dQdS irrev

T

dQdS

Continuando con el anlisis de la Segunda Ley, que establece una entropa constante para un proceso reversible, queda representado de la

forma siguiente:

0 salrededoresistematotal SSdS

salrededoresistema dSdS

Esto significa que el cambio de entropa del sistema, corresponde al valor absoluto del cambio de entropa de los alrededores, para un

proceso irreversible la entropa total aumenta debido a que 0totaldS

haciendo que salrededoresistema dSdS .

En esta desigualdad conocidas como de Clausius, no hay restricciones con respecto a la reversibilidad y nmero de procesos, pero si se hace la

restriccin de que el proceso sea reversible, sin importar el camino que

Representa el cambio en la entropa del sistema,

Es una cantidad infinitesimal del calor transferido

durante el proceso, bajo condiciones reversibles.

La temperatura absoluta a la cual se lleva a cabo el

experimento.

El calor transferido en un proceso reversible es mayor

al calor transferido en un proceso irreversible.

Esta ecuacin informa, que el cambio en la entropa en

un proceso reversible es mayor que en el irreversible.

Pero con esta ecuacin no se puede realizar clculos

entonces se hace la desigualdad requerida.

En donde la igualdad corresponde al proceso reversible

y la desigualdad al proceso irreversible.


se utilice para llevar a cabo dicho proceso, el cambio de calor dQ es el

mismo en una direccin o en otra solo cambia el signo por lo que se

llega a pensar que: La desigualdad de Clausius es una relacin entre

las temperaturas de un nmero indeterminado de fuentes trmicas as como las cantidades de calor entregadas o absorbidas por el sistema.

TRANSFERENCIA DE ENTROPA:

La entropa est relacionada con el movimiento de las molculas

mediante la energa trmica, razn por la cual la entropa de un sistema no disminuye mientras no tenga una interaccin externa.

La nica forma de reducir la energa trmica es transfirindola en forma

de calor a otro cuerpo, aumentando la energa trmica del segundo y por ende su entropa. Al transferir energa trmica se reduce la entropa

del cuerpo que la transfiere, s esta transferencia de energa se hace

mediante un proceso reversible, la energa total permanece constante, pero si se hace mediante un proceso irreversible la entropa total

aumenta.

De lo anterior se puede concluir que el calor es un flujo de entropa y

en el caso de la transferencia de alguna energa mecnica en forma de

trabajo, no hay un flujo directo de entropa. Si la transferencia de energa en forma de trabajo, se realiza mediante un proceso irreversible,

entonces se produce un aumento de entropa en el sistema, es decir, se

generan entropa. Esta generacin de entropa trae consigo una prdida

de trabajo utilizable debido a la degradacin de la energa mecnica, producido por la irreversibilidad.

IRREVERSIBILIDAD Y ENTROPA.

De qu depende la reversibilidad de un proceso? La respuesta a esta

pregunta, es que la variacin de entropa es el criterio que permite establecer la reversibilidad en un proceso determinado, al hacer que

cumpla con el primer principio de la termodinmica.

Si se considera el criterio, en donde establece que es imposible extraer

calor de una nica fuente y hacer funcionar una maquina cclica, esto

solo se puede lograr entre dos fuentes, una caliente y otra fra, extrayendo calor de una y entregndolo a la otra, disponiendo de una

parte del calor para producir trabajo mecnico.

Pero cuando ambas fuentes alcanzan el equilibrio trmico, esta

posibilidad de transferencia de calor desaparece, haciendo que

cualquier proceso irreversible en una maquina trmica, disminuya su rendimiento, es decir, reduce la cantidad de trabajo mecnico que

pueda obtenerse por una cierta cantidad de calor absorbido.


PRINCIPIO DEL AUMENTO DE ENTROPA.

Todos los procesos reales son irreversibles, se producen con diferencias

finitas de temperatura y presin y a cierta velocidad, entre las diferentes

partes de un sistema o entre un sistema y el medio ambiente, haciendo que la entropa total se mantenga constante en los procesos reversibles

y en los procesos irreversibles aumente; por lo que esta propiedad no es

muy familiar, razn por la cual existe cierto misterio sobre el concepto

de entropa.

Por ejemplo.- Cuando se mezcla un vaso de agua caliente con uno de

agua fra, el calor entregado por el agua caliente es igual al recibido por el agua fra; haciendo que la entropa del agua caliente disminuya y la

del agua fra aumenta; Pero el aumento de entropa es mayor que la

disminucin por lo que la entropa total del sistema aumenta.

Cmo se gener ese aumento de entropa? Esta entropa adicional, ha

sido creada durante el proceso de mezclado y una vez creada no puede ser destruida por lo que el universo debe cargar con este aumento de

entropa.

"La energa no puede ser creada ni destruida", establece el primer principio de la termodinmica. "La entropa no puede ser destruida,

pero puede ser creada", establece el segundo principio.

ACTIVIDADES:

Limpiar y lavar el calormetro CENCO.

Armar el calormetro, colocando el agitador y el termmetro, en los

orificios de la tapa y medir la temperatura ambiente.

Lavar y secar la probeta graduada de 250 ml.

Calibrar la balanza granataria.

Hacer el experimento y obtener la informacin.

Hacer los clculos correspondientes con su anlisis.

Hacer las grficas y su anlisis.

DESARROLLO:

1. Pesar el vaso interior del calormetro, con el agitador y clasificarlo como masa del aluminio.

2. Hacer lectura de la temperatura ambiente.

3. Agregar al vaso interior del calormetro 150 ml de agua y armar el

calormetro. 4. Con el agitador, agitar el agua contenida en el calormetro en ms

menos cinco minutos y hacer lectura de la temperatura inicial o

hasta que esta se estabilice. 5. Agregar trocitos de hielo, tapando y destapando rpidamente el

calormetro, hasta que la temperatura se estabilice en ms menos

2C y todo el hielo este disuelto, registrando esta como temperatura final.

6. Con una probeta medir el volumen final del agua.


MATERIAL Y EQUIPO UTILIZADO:

1. Termmetro de menos 10 a 120 C.

2. Probeta graduada de 250 ml.

3. Calormetro cenco de mezcla. 4. Balanza granataria de doble platillo.

5. Agua en estado lquido, 150 ml.

6. Dos cubitos de hielo.


TABLA DE DATOS OBTENIDOS EN EL LABORATORIO:

VARIABLE DATO VARIABLE DATO

Masa del calormetro. Volumen inicial.

Temperatura ambiente. Temperatura final.

Temperatura inicial. Volumen final.

TABLA DE ECUACIONES A UTILIZAR EN LOS CLCULOS.

N

o

ECUACIN UNIDAD SIMBOLOGA

1 HieloAguaoCalormetrTOTAL QQQQ JoulesQ Q = calor

2

TCpnQ AldelmedioAlCAL

molesn

KmolJCP /

KT

n = mols CP=capacida

d calorfica.

3 TCpnQ OHdelmedioOHOH 222 JoulesQ H2O = agua

4 LATENTESENSIBLEHIELO QQQ JoulesQ Q = calor

5 TCnQ MEDIOpHIELO

delOHHIELODEL

OHDELSEN

22 JoulesQ

6

Hielohielo

deicoBibliogrfhielodel

fusindeLatente mQ

m = gramos = caloras /g

m = masa =calor latente

de fusin.

7 reversibledQTdS S =Joules /K S = entropa.

8

inicial

final

PT

TLnnCS Kmol

JoulesPC

9 SALREDEDORESISTEMATOTAL SSS K

JoulesS S=cambio de entropa.

10 HIELODEOHHIELOAGUACALSISTEMA SSSSS 2

11

inicial

final

ALUMINOmedioP

Al

Al

OCALORMETRT

TLnC

PM

mS )(

mAl = g

mAl = masa

del aluminio.

12

inicial

final

aguadelmedioP

OH

OHOHAGUA

T

TLnC

PM

VS

2

22

= g /cm3 = densidad del agua.


13 HIELO

HIELO

HIELOINICIALFINAL

HIELOT

VVS

)(

14

Inicial

FinalmedioP

OH

mediaInicialFinal

HIELODELAGUA

T

TLnC

PM

VVS

2

)(

PM = peso

molecular

del agua.

15

AMBIENTE

SALREDEDORESALREDEDORE

T

QS

16 RTxTxClquida

aguadelP )1018.01025.1712.8(263

17

molgrado

caloraTC

alumniodelP

00322.080.4

18 3

265

2 106105.398.999m

KgtxtxOH


deben de presentarse en forma de tablas con sus respectivas unidades.

ANLISIS DE LOS RESULTADOS: El anlisis debe de registrarse de

manera precisa, fundamentado en lo que el resultado significa o

representa, utilizando como mximo cinco renglones.

GRFICAS: Deben de registrarse las variables que se estn graficando,

con sus respectivas unidades.

ANLISIS DE LAS GRFICAS:

Debe describirse de manera precisa, lo que la grfica representa,

utilizando como mximo cinco renglones.

CONCLUSIONES:

No se deben confundir con observaciones, las conclusiones son el hecho

de poder conjuntar el conocimiento adquirido previamente con los resultados obtenidos en el laboratorio.




LABORATORIO DE TERMODINMICA BSICA II ESTE NO ES UN MANUAL DE PRCTICAS

PRCTICA NMERO SIETE Y OCHO

NOMBRE DE LA PRCTICA: Determinacin de la tensin superficial y

aplicacin de las propiedades crticas de una sustancia pura a

diferentes temperaturas.

OBJETIVO: Calcular la tensin superficial del agua a diferentes

temperaturas, utilizando el mtodo del anillo con el tensimetro de du

Noy, calculando el factor de correccin por ecuacin, tabla y grfica, adems de utilizar las propiedades crticas aplicando las correlaciones

de Hakim, el factor Stiel y el factor acntrico de Pitzer, para poder

comparar los resultados obtenidos con los datos bibliogrficos y calcular el porciento de error.

FUNDAMENTACIN TERICA: Sustancia; materia de la que estn formados los cuerpos y se denominan sustancias puras aquellos

sistemas homogneos que posean un solo componente. Las sustancias

puras pueden ser elementos o compuestos, si su composicin es constante y definida, llamada as para distinguirla de una mezcla;

Tambin se refiere a la unin de uno o ms tomos iguales con

interaccin qumica, es decir, que se encuentran enlazados con fuertes

lazos qumicos, que no es posible separar de manera fsica.

Las sustancias puras estn formadas por partculas tomos o

molculas iguales, tienen una composicin fija, no pueden separase por medios fsicos, y las propiedades como la solubilidad, conductividad

trmica, elctrica y numerosas propiedades especficas estn bien

definidas, como la densidad, la temperatura de ebullicin y fusin que permanecen constantes en los cambios de estado.

Desde el punto de vista de la Termodinmica Clsica, la tensin superficial se considera como la tendencia de un lquido a disminuir su

superficie interfacial, hasta el punto en que la energa potencial de la

superficie sea mnima, condicin indispensable para que el equilibrio

entre fases sea estable, para lo cual se debe considerar que cualquier fase de un sistema termodinmico es estrictamente homognea, con

propiedades intensivas constantes a lo largo de toda la fase.

Al considerar los efectos superficiales, entonces cada fase deja de ser

homognea en toda la extensin, por ejemplo: en un sistema lquido-

vapor, las molculas que se encuentran en la zona de contacto interfacial y las prximas a sta tienen un entorno molecular distinto al

de las molculas que se encuentran en el seno de cada una de las fases;


en la zona donde las molculas interaccionan con ambas fases, se

denomina capa interfacial, capa superficial o interfase. El trmino interfase, se refiere a la superficie geomtrica aparentemente

bidimensional, que separa las dos fases y se considera como una zona

de transicin entre la fase lquida y la fase vapor; debido a las diferencias entre las interacciones moleculares, las molculas de la

interfase tienen una energa promedio molecular distinta a la de las

dems molculas que se encuentran en el interior de ambas fases. Dado

que el espesor de la capa interfacial es diminuto y en la mayora de los casos extremadamente pequea, la influencia de los efectos

superficiales sobre las propiedades del sistema es prcticamente

despreciable en algunos procesos.

Por ejemplo: En un sistema en equilibrio lquido-vapor, las

interacciones moleculares en la fase lquida disminuyen su energa interna, las molculas situadas en la superficie tienen menos

atracciones por parte de otras molculas del mismo lquido y presentan

una energa media superior a la de las molculas en el seno de la fase. La concentracin molecular en la fase vapor es tan pequea que se

pueden ignorar las interacciones entre molculas de la fase vapor y la

superficie del lquido.

Considerando A como el rea interfacial comprendida entre las fases

lquido vapor, en donde el nmero de molculas comprendido en esta

rea, es proporcional al valor A, que para un gas el nmero de molculas es de 2x1019 por cm3 a una atmsfera de presin y 25 C.

Entonces si se supone que se realiza un trabajo mecnico reversible, donde se aumenta la superficie en una cantidad A , el aumento en el

nmero de molculas, tambin ser proporcional a A y como

consecuencia el trabajo necesario para aumentar A tambin es proporcional a A , por lo que se crea una constante de proporcionalidad que depende directamente de las fases lquido vapor o

de las fases correspondientes al sistema.

Si se designa a VL como la constante de proporcionalidad y se calcula

el trabajo revW necesario para aumentar el rea interfacial se tiene,

AW VLrev de donde la constante de proporcionalidad VL se define

como tensin interfacial o tensin superficial y a esta constante de

proporcionalidad VL en algunos libros se tiene como , , : La tensin superficial, normalmente se refiere a la tensin interfacial

VL de un sistema en equilibrio, compuesto por sus fases lquido-vapor y como slo se considera a sistemas con una interfase, entonces la

constante de proporcionalidad VL representa a la tensin superficial del lquido en estudio.


En la figura anterior se observa en la superficie de la fase lquida, una

molcula rodeada en forma parcial por otras molculas experimentando

una atraccin hacia el seno del lquido, esta atraccin tiende a arrastrar las molculas hacia el interior, haciendo que el lquido se comporte

como si tuviera una membrana envolvente que no permite que sus

molculas escapen.

A esta membrana invisible le llamamos tensin superficial, es la

responsable de la resistencia que ofrece un lquido a ser penetrado y a

la forma casi esfrica de sus molculas, tambin es responsable del ascenso capilar de los lquidos, la flotacin de las hojas y de algunos

insectos en la superficie.

Si se considera que una esfera, presenta un rea mnima para un

volumen dado, entonces se justifica que la tendencia de una molcula

de un lquido sea la de adquirir forma esfrica bajo la accin de la tensin superficial reduciendo su superficie y al aumentar sta se

tendr que recurrir a un trabajo externo dado por la ecuacin:

AW VLrev

La tensin superficial depende de la temperatura, es una propiedad caracterstica de cada lquido y difiere considerablemente; existen

diversos procedimientos que permiten calcular la tensin superficial,

utilizando algunos equipos de medicin los cuales aportan informacin necesaria para hacer los clculos correspondientes, entre estos equipos

se encuentran:

1. El tensimetro de Dunouy o balanza de torsin, comnmente

conocido como el mtodo del anillo.

2. El peso de la gota, y el de ascenso capilar, siendo ste ltimo el ms importante, por lo que se considera como el estndar.

El mtodo de ascenso capilar, se basa en la propiedad que tienen los lquidos de ascender por un tubo capilar cuando se ponen en contacto

con ste; pero en nuestro caso utilizaremos el mtodo del anillo.

CONDICIONES CRTICAS:

El estado lmite despus del cual no es posible una transformacin de lquido a vapor, recibe el nombre de estado crtico, en un diagrama PVT

esta propiedad se representa como un punto en la parte ms alta de la

curva.


Ms all de ciertas condiciones de presin y temperatura, no puede

efectuarse el proceso de vaporizacin o de condensacin, llegando a un

estado lmite o crtico en donde todas las sustancias exhiben este comportamiento.

En la transicin de la fase lquido vapor o gas, el cambio de volumen es muy grande, posiblemente miles de veces mayor, pero cuando se hace

esta transicin a presiones y temperaturas altas, el cambio de volumen

en el punto de ebullicin se hace muy pequeo hasta lograr que dicho

cambio sea nulo.

En ciertas situaciones, la existencia del estado crtico, demuestra que la

diferencia entre la fase lquida y vapor no es muy clara e incluso imposible de distinguir, y cuando la presin es mayor a la presin

crtica, entonces se tiene un estado supercrtico.

Muchas sustancias tienen presiones crticas muy altas, pero

temperaturas crticas menores a las de las condiciones atmosfricas

normales, con estas condiciones no es posible hacer una generalizacin de las temperaturas crticas comunes; no obstante las presiones crticas

de muchas sustancias son mayores a una atmsfera e incluso en

algunas condiciones el agua puede encontrarse ms all del estado

crtico, en alguna parte del ciclo dentro de una planta de potencia de vapor.

ESTADOS CORRESPONDIENTES:

La ley de los estados correspondientes, es aplicada correctamente para

sustancias con molculas de simetra esfrica, para sustancias diferentes con fuerzas polares dbiles o fuertes; se utilizan otras

correlaciones con parmetros como el factor acntrico de Pitzer w, el momento dipolar, el paracoro de Sugden y las propiedades crticas, para sustancias polares con fuertes enlaces de hidrgeno se utiliza las

correlaciones de Riedel con el factor polar de Stiel X propuesto por Hakim.

Esta ley tambin relaciona las propiedades PVT con las propiedades

crticas de una sustancia pura, obtenindose as las propiedades

reducidas Pr, Vr, Tr, como una relacin de la presin, el volumen, y la temperatura del sistema entre sus correspondientes propiedades

criticas.

ACTIVIDADES:

Los alumnos, debern de calibrar el equipo.

Cada alumno deber de hacer una medicin del testigo y registrarlos en forma de tablas con unidades.

Cada alumno deber de hacer una medicin de la muestra y

regstrala en forma de tablas con sus respectivas unidades.


DESARROLLO: CALIBRACIN DEL EQUIPO:

1. Se abren las pinzas que sujetan al sistema de muelles. 2. Se gira la perilla que controla el sistema de muelles hasta lograr

que el dial de este coincida con la lnea horizontal del espejo.

3. Se gira la cartula para lograr que el cero de esta coincida con el cero del vernier (EL VERNIER NO SE TOCA).

4. Se cierran las pinzas.

MEDICIN DEL TESTIGO:

1. Se coloca el testigo en el anillo

2. Se abren las pinzas 3. Se gira la perilla que controla el sistema de muelles hasta

alcanzar el equilibrio con la lnea horizontal del espejo.

4. Se hace la lectura en la cartula en forma de vernier y se clasifica como un valor dado en dinas / cm.

5. Se retira el testigo y se regresa el vernier a ceros en sentido

contrario de cmo avanz y se cierran las pinzas.

MEDICIN DE LA MUESTRA (AGUA):

1. Se coloca el recipiente que contiene el agua sobre la plataforma. 2. Se sube toda la plataforma que soporta la muestra.

3. Se sube todo el conjunto plataforma muestra, hasta lograr que el

menisco del liquido se confunda con el anillo. 4. Se abren las pinzas que sujetan al sistema de muelles y se gira la

perilla que controla dicho sistema hasta alcanzar el equilibrio,

entre la lnea horizontal del espejo y el dial. 5. En forma simultnea y cuidando de no perder el equilibrio en

todo el proceso, se baja la plataforma que sostiene la muestra y se

gira la perilla que controla al sistema de muelles manteniendo as el equilibrio hasta que el anillo sale disparado del seno del

liquido.

6. Se hace la lectura en la cartula en forma de vernier y se clasifica como un valor 0 dado en dinas/cm.

7. Se regresa el vernier a ceros y se cierran las pinzas.

MATERIAL UTILIZADO:

Una balanza de Torsin, un vaso de precipitados.

Un testigo de alambre de masa conocida igual a 0. 500g

Agua destilada a temperatura ambiente.

Un termmetro.


EQUIPO UTILIZADO.


TABLA DE DATOS OBTENIDOS EN EL LABORATORIO CON

UNIDADES.

No. de

Medicin

De 1 a 10

(Testigo)

[Dinas/cm]

0(Muestra)

[Dinas/cm]

Temperatura [C]

1 a 10 lec.

(Testigo) promedio 0(Muestra) promedio


No

.

ECUACIN UNIDADES SIMBOLOGA

1

mgKeq

cmKeq

gramosm

cmdinas /

equipodelteconsKeq tan

gramosm 2978 scmg

cmdinasmedidadeunidad /

2 00 eqKW dinasW 0 aguadelimafuerzaW max0

3

R

FW c

4

0 cmdinas /

ensionalaFC dim

erficialTensin sup

correccindefactorFC

4

0

2

33

W

gR

V

R OH

cmR 2/ scmg 3/ cmg

anillodelradioR 2/978 scmgravedadg

3/ cmgdensidad

5 50r

R cmR

cmr anillodelradioR

alambredelradior

6

21

2

33

0 679.104534.00009075.0

7250.0

rROHR

WFecuacin

unidadessin

7 24108.21408.065.75 txtcaBibliogfi cmdinas /

8 265 100.6105.399998.0 txtx 3/ cmg


TABLA DE ECUACIONES UTILIZANDO LAS PROPIEDADES CRTICAS


deben de presentarse en forma de tablas con sus respectivas unidades.

ANLISIS DE LOS RESULTADOS. En l anlisis de resultados deber

de registrarse de manera precisa, lo que el resultado representa o significa.

GRFICAS: Para hacer una grfica, deber de registrarse en los ejes correspondientes, las variables que se estn graficando con sus


ANLISIS DE LAS GRFICAS. En este anlisis deber de describirse de

manera precisa lo que la grfica significa o representa.

CONCLUSIONES.

No se deben confundir con observaciones, las conclusiones son el hecho de poder conjuntar el conocimiento adquirido previamente con los

resultados obtenidos en el laboratorio.


1 mTrQpTcPc

4.0

13

13

2

cmdinas /

barPC

KTC

erficialTensin sup

2 0.1Prlog 7.0 Trsat = factor acntrico de Pitzer.

3 552.17.1Pr 6.0 TrsatLogX

X = factor polar de Stiel.

4 XXXm 03.22656.107.3261.145385.0210.1 22 5 XXXQp 287.1506.0570.13754.1365.01560.0 22

6

Pc

PPr

barP

barPC

Pr = presin reducida. Pc = presin crtica.

7

Vc

VVr

3mV 3mVC

Vr = volumen reducido.

Vc = volumen crtico.

8

Tc

TTr

KTr

KTC

Tr = temperatura reducida.

Tc = temperatura crtica.

9 P, V, T, son las condiciones de operacin del sistema.


INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA QUMICA



ESTE NO ES UN MANUAL DE PRCTICAS PRCTICA NMERO NUEVE Y DIEZ

NOMBRE DE LA PRCTICA: Clculo del Factor de Compresibilidad Z de

un vapor a partir de datos PVT y por correlaciones.

OBJETIVO: Calcular el Factor de Compresibilidad de un vapor as como

construir los diagramas exp absg PPV obteniendo Vg de tablas entrando

con presin y la grfica de PVg-Pabs-experimental entrando a las tablas con temperatura, a partir de los datos obtenidos en el laboratorio.

FUNDAMENTACIN TERICA: Factor de Compresibilidad.- Se define como la relacin existente entre el

volumen que ocupara el gas como real y el volumen del mismo gas

como ideal, dado por la ecuacin idealVg

realVgZ

.

La expresin nRTPV que representa las propiedades TVP de los

gases ideales a bajas presiones y altas temperaturas, conque

seguridad representar las propiedades TVP de los gases reales?

Para contestar esta pregunta, simplemente debe considerarse que en un proceso a temperatura constante el producto nRT debe ser igual a una

constante ctenRT , esta condicin obliga al producto PV que tambin

sea igual a la misma constante .ctePV para una cantidad de gas dada

y para todas las presiones, por lo que al graficar PPV se obtendr una

recta paralela al eje de las abscisas.

Al analizar la grfica anterior se observa que no se cumple con dicha

condicin, ya que el producto PV no es constante en ninguna parte de

los intervalos, para algunos gases disminuye y luego se incrementa al

aumentar la presin a diferentes temperaturas. Esta desviacin del

comportamiento ideal se conoce como factor de compresibilidad Z, con un valor igual a la unidad para los gases ideales a todas las

temperaturas y presiones y mayor o menor de la unidad para los gases

reales; adems de variar con la presin, la temperatura o ambas y el


alejamiento de la unidad del valor Z, es un indicador de la desviacin del comportamiento ideal.

Con los datos experimentales P-V-T de los gases, es factible calcular el factor de compresibilidad de un vapor como un gas ideal con la

ecuacin nRT

PVZ , por medio de las ecuaciones viriales para un gas real

como TrRTc

PcBZ

Pr1

, por ecuaciones cbicas o grficas generalizadas

en donde se relacionan el factor de compresibilidad con la temperatura

y la presin reducidas, obteniendo valores relativamente cercanos entre s adems de observar la variacin del factor de compresibilidad en

funcin de la Temperatura y la Presin.

Con los clculos del factor de compresibilidad se pueden hacer las

grficas de rPZ para diferentes gases, donde se podr observar que

todas las curvas inician en 1Z y 0P y el cambio en la presin va a

depender de la temperatura, como lo demuestra el experimento. Para el

nitrgeno a 51C, Z est muy cercano a la unidad en un intervalo de presin de 0 a 100 atmsferas luego se incrementa rpidamente con la

presin, adquiriendo valores que aumentan considerablemente con

respecto de la unidad.

El punto donde el gas real se comporta como un gas ideal en un

intervalo amplio de presin se clasifica como Temperatura o punto de


Boyle; y representa la lnea divisoria de las curvas exhibidas por el gas. Por encima del punto de Boyle, los gases muestran desviaciones positivas con respecto de la idealidad y por debajo del punto de Boyle, Z primero decrece con la presin creciente hasta alcanzar un mnimo y luego asciende a valores apreciablemente mayores de la unidad; pero al

disminuir la temperatura el mnimo alcanzable es menor, dado que la

presin depende de la temperatura.

En conclusin; por encima del punto de Boyle solo existen desviaciones positivas con respecto de la idealidad y por debajo de este punto, el

incremento de la presin hace que los valores de Z decrezcan hasta un mnimo y luego aumentan a valores muy por enzima de la unidad. Esta

conclusin permite entender que el factor de compresibilidad, es una

relacin entre el volumen que ocupara el gas como real y el mismo

volumen que ocupara el gas como ideal, quedando expresado como:

Videal

VrealZ

ACTIVIDADES:

1. Armar el equipo Ramsay-Young. 2. Hacer el arranque del equipo, cuidando que este no tenga fugas.

3. Obtener varias series de datos de temperatura y presin de vaci.

4. De las tablas de vapor, obtener el volumen especfico del vapor de

agua a diferentes temperaturas. 5. Hacer los clculos correspondientes y los resultados presentarlos

en forma de tablas con sus respectivas unidades.

6. Hacer el anlisis de los resultados. 7. Hacer las grficas con su respectivo anlisis.

8. Entregar el reporte completo con alta calidad.

DESARROLLO:

1. Instalar el equipo Ramsay Young, como lo muestra la figura siguiente.

2. Vaciar agua destilada al matraz de tres bocas conectado al

refrigerante, hasta la altura de la manta de calentamiento.

3. Colocar el termmetro y el manmetro en el mismo matraz de tres

bocas, cuidando de que el termmetro no toque al lquido. 4. La entrada de agua del refrigerante, se conecta a la vlvula de

agua, mediante una manguera de latex y la descarga se manda a

drenaje mediante otra manguera, luego abrir la vlvula.. 5. Cerrar la vlvula que controla al vaco.

6. Conectar la bomba de vaco al sistema elctrico y arrancar.

7. Conectar la manta de calentamiento al sistema elctrico, para calentar el agua hasta punto de ebullicin, entonces se

desconecta la manta y se hacen las lecturas de temperatura y

presin en los instrumentos correspondientes. 8. Se abre la vlvula que controla el vaco, hasta que la columna

ms alta de mercurio en el manmetro descienda 2.5 cm.

9. Se vuelve a conectar la manta y se espera hasta que el agua

vuelva a hervir, para obtener datos de temperatura y presin.


10. Se contina con este procedimiento, hasta que las ramas de

mercurio en el manmetro se nivelen.

11. Cuando el manmetro marca cero de presin, se desconecta la bomba de vaco, la vlvula de control del vaco queda abierta al

100% y se conecta la manta para obtener el punto de ebullicin del

agua a presin atmosfrica. 12. Con este ltimo dato, se termina el experimento, se cierra la

vlvula de agua que alimenta al refrigerante, y se retira el

termmetro del matraz.

MATERIAL UTILIZADO:

1. Bomba para hacer vaci.

2. Refrigerante de rosario. 3. Mangueras de latex para las mltiples conexiones.

4. Manmetro en forma de U con mercurio.

5. Manta de calentamiento y termmetro. 6. Matraz baln de 250 ml con tres bocas.

7. Matraz baln de 25

guia del laboratorio de termodinamica

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