Laboratorio de mquinas trmicas

1. Objetivo.Investigar la relacin entre la temperatura y presin de vapor de agua.

2. Introduccin.El vapor de agua es una substancia de trabajo que se utiliza frecuentemente en la ingeniera termodinmica (generacin de potencia, calentamiento, etc.), por ellos es conveniente investigar experimentalmente el comportamiento de esta substancia. Las substancias existen en diversas fases tales como: solida, liquida y gaseosa, una fase de una substancia pura es materia homognea. Una substancia pura es la que tiene la misma estructura fsica en todos sus estados pero puede tener varias fases. Cuando el agua se le comunica energa en forma de calor, si este es suficiente cambia de fase, su temperatura aumenta, y el volumen especifico generalmente aumenta. Dependiendo de la presin, al llegar la temperatura a un cierto valor, el agua empieza a ebullir (evaporarse) para el agua pura, la temperatura de ebullicin es nicamente funcin de la presin. El vapor producido puede estar exento de partculas de agua o puede llevarlas en suspensin, por esta razn el vapor puede ser saturado o hmedo, para determinar la relacin entre temperatura y presin del vapor saturado es necesario obtener el nmero suficiente de valores correspondientes de las dos variables y graficarlas.

3. Material y Equipo.Unidad Presin Temperatura del banco de pruebas de vapor, el cual est compuesto de un cilindro conectado a la fuente de vapor. En la parte superior una vlvula regula la entrada de vapor, el flujo de vapor se regula con una vlvula de aguja colocada en la parte inferior del cilindro, de este sale una conexin a un aparato que grafica la presin y temperatura a un mismo tiempo. La unidad consta tambin de un termmetro y un manmetro para censar la temperatura y presin del vapor.

4. Dibujo de la instalacin.

5. Procedimiento.

1- Conectar el equipo a la tubera del vapor y abrir la vlvula superior. 2- Estrangular a la salida del cilindro a la presin deseada y esperar suficiente tiempo para obtener condiciones estables. 3- Anotar temperatura y presin de vapor.4- Ajustar a una nueva presin usando la vlvula de estrangulamiento y esperar suficiente tiempo para obtener condiciones estables. 5- Anote temperatura y presin de vapor.

6. Tabla de Datos.Presin (Bar)Temperatura (C)

MedicinTablas de vaporMedicinTablas de Vapor

Man.Abs.Abs.

3.34.08 3.5134138.861

22.782134120.212

11.78111899.6059

22.782120120.212

33.783124133.525

7. Grficas.

8. Cuestionario.1- Qu es un estado? Qu es una propiedad?En fsica y qumica se observa que, para cualquier sustancia o mezcla, modificando sus condiciones de temperatura o presin, pueden obtenerse distintos estados o fases, denominados estados de agregacin de la materia, en relacin con las fuerzas de unin de las partculas (molculas, tomos o iones) que la constituyen.Todos los estados de agregacin poseen propiedades y caractersticas diferentes; los ms conocidos y observables cotidianamente son cuatro, llamados fases slida, lquida, gaseosa y plasmtica.Una sustancia se identifica y distingue de otras por medio de sus propiedades o cualidades fsicas y qumicas. Las propiedades son las diversas formas en que impresionan los cuerpos materiales a nuestros sentidos o a los instrumentos de medida. As podemos diferenciar el agua del alcohol, el hierro del oro, azcar de la sal, etc.

Las propiedades de la materia se clasifican en dos grandes grupos: generales y especficas.2- Qu es una fase? Qu es un domo de vapor?En termodinmica y qumica, se denomina fase (del latn phase: partes o fase) a cada una de las zonas macroscpicas del espacio de una composicin qumica, y sus propiedades fsicas homogneas, que forman un sistema. Los sistemas monofsicos se denominan homogneos, y los que estn formados por varias fases se denominan mezclas o sistemas heterogneos.Se debe distinguir entre fase y estado de agregacin de la materia. Por ejemplo, el grafito y el diamante son dos formas alotrpicas del carbono; son, por lo tanto, fases distintas, pero ambas pertenecen al mismo estado de agregacin (slido). Tambin es frecuente confundir fase y microconstituyente; por ejemplo, en un acero cada grano de perlita es un microconstituyente, pero est formado por dos fases, ferrita y cementita.Los lquidos provenientes de diferentes reacciones suelen contener diferentes fases, es decir, dos o ms lquidos que se separan tras un corto tiempo en reposo, generalmente se obtiene una fase acuosa y otra orgnica. Una fase posee caractersticas fsicas y qumicas relativamente homogneas y puede constar de uno o varios compuestos. Sin embargo, cuando las propiedades de otro o ms compuestos difieren en tal grado que dejan de ser compatibles, entonces hay separacin de fases. Esta caracterstica se observa, por ejemplo, al mezclar agua y aceite y dejarlos reposar unos minutos. Se observa una lnea divisoria o interfase, dado que estos materiales no son compatibles y se separan en fases.Domo de Vapor: Un estado en el que empieza a terminar un cambio de fase se denomina estado saturado. La regin con forma de domo compuesta de estados bifsicos lquido-vapor recibe el nombre de domo de vapor.3- Qu es un vapor sobrecalentado? Qu es un estado supercrtico? Qu es un lquido saturado? Qu es un vapor saturado?Vapor sobrecalentado: El vapor sobrecalentado es el gas que se encuentra por encima de su temperatura crtica pero por debajo de su presin crtica.Estado Supercrtico: es un estado que genera condiciones de presin y temperatura superiores a un punto crtico que se comporta como un hbrido entre un lquido y un gas, es decir, puede difundir como un gas (efusin), y disolver sustancias como un lquido (disolvente).Lquido y Vapor saturado: En la situacin de equilibrio, las fases reciben la denominacin de lquido saturado y vapor saturado. Esta propiedad posee una relacin inversamente proporcional con las fuerzas de atraccin intermoleculares, debido a que cuanto mayor sea el mdulo de las mismas, mayor deber ser la cantidad de energa entregada (ya sea en forma de calor u otra manifestacin) para vencerlas y producir el cambio de estado.4- Qu sucede cuando un lquido saturado se calienta a presin constante? Qu sucede cuando se enfra a presin constante? Bajo ciertas condiciones de equilibrio se les puede inducir un cambio de fase, eso ayuda a aprovechar su energa de una mejor manera.5- Por qu el lquido y el vapor en una mezcla de una misma sustancia tienen la misma presin y la misma temperatura?Esto se debe a que pueden estar en distintos estados de agregacin de la materia pero en la misma fase, bajo condiciones especficas. 6- Qu datos de propiedades termodinmicas se encuentran en los manuales de qumica o ingeniera?Las propiedades que se encuentran dependen de las tablas y de los compuestos o sustancias que se requieran, generalmente son: Densidad Volumen especifico Peso especifico Densidad especifica Presin Temperatura Entalpia Entropia

9. Conclusiones:

En esta prctica pudimos observar el funcionamiento del graficador de presin y temperatura, a pesar de que no se encontraba en las mejores condiciones de funcionamiento pudimos observar la relacin que existe entre presin y temperatura en un proceso.Al inicio fue complicado dar lectura a los grficos arrojados, pero al estabilizarse el dispositivo pudimos ver con claridad como varia la temperatura en funcin de la presin.