LABORATORIO DE PROPIEDADES TERMODINMICAS Y DE TRANSPORTE

RELACIN DE CALORES ESPECFICOS

1. OBJETIVOS

Determinar el coeficiente adiabtico de dos gases, aire (mezcla de gases ditomicos), y del CO2 (gas triatmico) por medio de dos mtodos, el de Desormes Y Clementes, y el de las oscilaciones auto sostenidas (Mtodo de Kohler).

Verificar el alcance del modelo de gas ideal mediante la precisin de datos experimentales, al compararlos con los datos tericos.

Expresar las posibles fuentes de error que puedan contribuir a que el valor obtenido experimentalmente difiera de al valor consignado en las tablas, y el modo en que dichos efectos afectaran esa medida.

2. PROCEDIMIENTO Y EQUIPO UTILIZADO:

2.1 Mtodo de Clement y Desormes:

Material:

Recipiente de gran capacidad y paredes rgidas.

Suministro de aire comprimido y CO2.

Manmetro de columna de agua abierto a la atmsfera.

Equipo utilizado:

Figura 5. Montaje mtodo Clement y Desormes

Procedimiento:

Las dos posiciones que deber adoptar la llave del depsito durante el ensayo son:

a) Llave en posicin horizontal: el depsito no est en contacto con la atmsfera y se podr proceder a su presurizacin, abriendo la llave correspondiente.

b) Llave en posicin vertical: el depsito estar en contacto con la atmsfera igualndose por tanto su presin con la presin ambiente.

2.2 Mtodo de Ruchardt:

Material:

Recipiente de vidrio provisto de elemento oscilante.

Suministro de aire comprimido y CO2.

Cronmetro para calcular el tiempo que tarda el elemento oscilante en hacer cierto nmero de oscilaciones.

Equipo utilizado:

Figura 6. Montaje mtodo de RchardtProcedimiento:

3. TABLA DE DATOS

En las siguientes tablas se reportan los datos experimentales para cada uno de los mtodos para hallar la relacin de los coeficientes adiabticos de los dos gases utilizados: el aire y el dixido de carbono.

Mtodo OscilatorioNo. EnsayoAIRECO2

OscilacionesTiempo (s)OscilacionesTiempo (s)

12010,862012,23

22011,082011,74

32010,942011,6

42011,062013,41

52010,952012,57

62010,922012,85

Tabla 1: Datos experimentales tomados en el laboratorio para el mtodo oscilatorio.

Datos adicionales

Masa esfera (Kg)0,0138144

Diametro Tubo (m)0,0156

Area seccion transversal (m2)0,000176715

Altura del tubo (hasta la oscilacin) (m)0,143

Volumen (m3)0,001139

TABLA 2: Datos del equipo utilizado en el mtodo oscilatorio.

Mtodo de Expansin adiabticaAIRECO2

H0 (cm H2O)46,546,54747

H1 (cm H2O)3,07,511,63,4

T1 (C)192020,520.5

H2 (cm H2O)1515,316,516,6

ENSAYO 1ENSAYO 2ENSAYO 1ENSAYO 2

Tabla 3: Datos experimentales tomados en el laboratorio para el mtodo de expansin adiabtica.

DATOS TERICOS

CompuestoCoeficiente Adiabtico

Aire1,4

CO21,289

Tabla 4: Datos tericos del coeficiente adiabtico del aire y el dixido de carbono.

4. MUESTRA DE CLCULOS:Clculo de la presin atmosfrica:

Mtodo de Ruchardt (oscilatorio):Primero se debe hallar el rea interior del tubo:

Se calcula la presin con la siguiente ecuacin donde el sistema se encuentra en equilibrio.

Luego se halla el periodo con la siguiente ecuacin, se tomar el promedio del tiempo de todas las muestras:

AIRECO2

OscilacionesTiempo (s)OscilacionesTiempo (s)

Promedio2010,972012,40

Aire

Luego de conocer el periodo, podemos hallar mediante la ecuacin:

Dixido de carbono

Mtodo de Clement y Desormes (Expansin adiabtica):

Se deben hallar los valores de P1 y P2, utilizando los valores h1 y h2, mediante la ecuacin:

Se realiza el clculo con los promedios de los datos obtenidos:AIREDixido de carbono

H0 (cm H2O)46,547

H1 (cm H2O)5.257,5

T1 (C)19.520.5

H2 (cm H2O)15.116.55

P074660,5274660,52

La densidad del agua depende de la temperatura, se reporta a 21C y 22C, respectivamente

Aire

Luego de obtener las 2 presiones se halla el coeficiente adiabtico con la ecuacin:

Dixido de carbono

5. ANLISIS En primer lugar, se debe realizar la comparacin de los resultados obtenidos en la prctica de laboratorio con los datos reales de la literatura. Para los gases trabajados, la literatura reporta los calores especficos que se encuentran en la siguiente tabla:AireCO2

Cp (KJ/Kg.K)1,00350,8418

Cv (KJ/Kg.K)0,71650,6529

1,41,29

Tabla 4.1. Valores reportados en la literatura..Adems de que los resultados obtenidos no fueron buenos, el mtodo oscilatorio de Rchardt presenta un problema debido a que el periodo de oscilacin no es constante para intervalos de tiempo amplios, es por esto que el nmero de oscilaciones al cual se le desea medir su periodo no fue muy grande. En ocasiones la frecuencia con la que se mova la esfera era muy alta, por lo que el numero de oscilaciones aumentaba considerablemente, as mismo, cuando la frecuencia disminuia, las repeticiones disminuan para el mismo intervalo; es por esto que no se tiene la certeza de cul debera ser la frecuencia optima para llegar a resultados ms precisos; en otras palabras, el mtodo de las oscilaciones suspendidas es uno de los mtodos para medir el coeficiente adiabtico con el cual se registran datos con un porcentaje de error mayor debido a la relativa dificultad que hay para tomar los tiempos de oscilacin, la inestabilidad de las condiciones y la probabilidad de error e incertidumbre el la toma del tiempo (cuando se realiza manualmente).Adems, el eje de referencia del pistn (esfera), no siempre era el mismo, dado que la el diametro interno del tubo no es exactamente el mismo de la esfera.

En el mtodo de expansin adiabtica, inesperadamente, no se aprecio una disminucin en la temperatura al ingresar el dixido de carbono conociendo las propiedades refrigerantes que este tiene. Si tal disminucin se hubiera presentado, se podra haber mejorado la precisin del resultado ya que en el clculo del coeficiente adiabtico se requiere la densidad del agua a dicha temperatura, y a condiciones estandar, hay mayor cantidad de informacin.

Por otro lado, mediante esta prctica, se demostr que el calor especfico a presin constante (metodo de Rchardt), es mayor que a volumen constante, dado que la energia para aumentar en un grado la temperatura en este sistema es mayor, dado que se contempla el trabajo que se debe ejercer para elevar la esfera; por esto, la relacin entre Cp y Cv es mayor a uno.

Finalmente, de acuerdo a los resultados obtenidos en la experimentacin podemos afirmar que el mtodo de Clement y Desormes es mejor, ya que reporta menos fuentes de error, que el mtodo de Rchardt. Se debe tener en cuenta, que aunque los datos de los ensayos del aire en cada experimento fueron bastantes precisos, no representan un buen resultado, puesto que son bastante inexactos.

6. CONCLUSIONES El mtodo de Clement y Desormes es ms exacto que el mtodo de Rchardt, presentando datos ms acordes con la literatura. A pesar de contar con equipos poco sofisticados, el error en los resultados obtenidos no es muy grande, por lo tanto, los mtodos no requieren gran exigencia tecnologica. Aun cuando el error obtenido para el mtodo de expansin adiabtica con aire es ms significativo que los dems, se puede evaluar la practica como buena. Con los resultados obtenidos, al calcular el coeficiente adiabtico gamma, se demostr experimentalmente que el calor especfico a presin constante es mayor que el calor especfico a volumen constante.7. SUGERENCIAS

Asegurarse de abrir las vlvulas lentamente para evitar as que la esfera salga disparada por el tubo en el mtodo de Rchardt.

Tener mucho cuidado con abrir las vlvulas en el mtodo de Desormes, con el fin de no derramar el agua del manmetro, ya que al recuperar el nivel el agua es necesario esperar un tiempo hasta que se estabilice la presin.

8. BIBLIOGRAFIA

CENGEL, Yunus. Termodinmica. Editorial McGraw Hill. Mxico, 2007.

SHOEMAKER, David. GARLAND, Carl. Experiments in Physical Chemistry. Tercera Edicin. Mc-Graw Hill. Estados Unidos de Amrica. 1962. 725 pags.

PERRY & GREEN. Manual del Ingeniero Qumico. Sptima edicin. Editorial McGraw Hill.

VAN WYLEN, Gordon. Fundamentos de termodinmica. Editorial Limusa S. A. Mxico D.F. 2007.