1. INTR INTROD ODUC UCCI CIÓN ÓN El agua existe en la Tierra en tre tres esta estad dos: os: sólido sólido (hielo, (hielo, nieve nieve), ), líqu líquid ido o y gaseoso (vap (vapor or de agua agua). ). Oc Océa éano nos, s, ríos ríos,, nue nues s y lluvia est!n est!n en consta constante nte ca"io: el agua de la super#icie se evapora evapora,, el agua de las nues precipita, la lluvia se #iltra por la tierra tierra,, etc. $in e"argo, la cantidad total de agua en el planeta no ca"ia. %a circulación y conservación de agua en la Tierra se lla"a ciclo hidr hidrol ológ ógico ico,, o cicl ciclo o del del agua agua,, el cual cual cons consta ta de seis seis #ase #ases: s: evap evapor ori&a i&aci ción ón,, condensa condensación, ción, precipita precipitación, ción, in#iltración in#iltración,, escorren escorrentía tía y circulació circulación n suterr!ne suterr!nea. a. %a evaporación que constituye a uno de las #ases del ciclo del agua, ocurre co"o consecuencia de un au"ento natural o arti#icial de la te"peratura. %a agitación de sus "oléculas por por acció cción n de calor calor pro provo voca ca que que estas estas logren logren ganar ganar la energí energía a su#iciente para desprenderse del líquido y convertirse en vapor. 'uando una "asa de aire aire cont contie iene ne la "!xi "!xi"a "a cant cantid idad ad de vapo vaporr de agua agua ad"i ad"isi sil le e a una una deter"inada te"peratura, es decir, que la hu"edad relativa llega al cien por ciento, el aire est! saturado. $i estando la at"ós#era saturada se le aade "!s vapor de agua, o se dis"inuye su te"peratura, el sorante se condensa. 'uando el aire contiene "!s vapor de agua que la cantidad que tendría en estado de saturación, se dice que est! soresaturado. $eguida"ente reali&are"os la parte experi"ental del proceso de evapori&ación del agua. agua. ara ara esto esto utili& utili&are are"os "os un hervid hervidor or de *arcet *arcet,, con el que se anali& anali&ar! ar! ter"odin!"ica"ente un siste"a cerrado, en el que se calentar! al líquido #i+ando una interacción de energía entre el siste"a y su entorno. de"!s, co"parare"os la relación directa entre la te"peratura y la presión del proceso de evapori&ación tanto teórica, co"o experi"ental"ente. experi"ental"ente.
2. DATOS EXPERIMIENTALES
Pman (bar)
T(°C)
Pabsol!a (bar)
-.-
/--
/.-
/ 2 3 1 5 0 6 4 ///
//0.1 /3/.1 /1/.1 /14.1 /5.6 /52.4 /56.1 /03.3 /06./ /62.1 /65.1
2 3 1 5 0 6 4 /// /2
Te"peratura del agua: 2.57' resión at"os#érica: / ar 8 /--9a olu"en del agua en el hervidor 3 litros otencia del calentador: 29;
". COMPARACIÓN DE #ALORES EXPERIMENTALES $ TEÓRICOS
resion (ar)
Te"peratura
g
Pexp .
( )
=
=
dT dP
s. (9a)
(7')
(=)
>" 3?9g@
>9A?9g@
(dT?d) exper x/-B3
(dT?d)teo.x/-B3
-.- / 2 3 1 5 0 6 4 ///
/.- 2 3 1 5 0 6 4 /// /2
/- 2-3-1--5-0-6-4-/--//-/2--
/-//0.1 /3/.1 /1/.1 /14.1 /5.6 /52.4 /56.1 /03.3 /06./ /62.1 /65.1
303 34-.1 1-1.1 1/1.1 122.1 124.6 13.4 11/.1 115.3 1/./ 1.1 14.1
/.520-6 -.6606 -.5-62 -.15212 -.30163 -.3/5-.20206 -.21-3 -.2/164 -./4135 -./001 -./5325
221.22-/.5 2/53. 2/33.1 2/-6.2-6.6 2-5.6 2-10. 2-3-. 2-/1.5 /444.5 /46.1
< -./632 -./1--./---.-6--.-01-.-5/-.--.-14-.-16-.-13-.-1--
-.2544 -./62 -.//36 -.-4-3 -.-0 -.-53 -.-06 -.-2/ -.-101 -.-130 -.-1-5 -.-304
T n T n −
−
−
Pn Pn
390.4 373 200 105 −
endiente teórica
s.
=
exp .
endiente experi"ental
*an.
'!lculo de pendiente experi"ental del agua a presión asoluta de 2 ar:
Pexp .
hg
−
=
1
−
1
0.1832
'!lculo de pendiente teórica del agua a presión de 2 ar:
Pteo.=
( )
Pexp . =
dT dP
=
teo.
T ∗V g h g− hf
393.21 ∗0.88578 =0.1582 2254.0
Cr!#icas: •
endiente experi"ental vs resión
(dT/dP)experimental Vs P 12.00 10.00 8.00
(dT/dP) experimental
6.00 4.00 2.00 0.00
0
2
4
6
8
Presión (bar)
•
endiente teórica vs resión
10
12
14
(dT/dP)teórica Vs. P 0.3000 0.2500 0.2000
(dT/dP)teóric 0.1500 0.1000 0.0500 0.0000
0
2
4
6
8
10
12
14
Presión (bar)
In!%r&r%!a'n* "as presentan tendencia exponencial. ode"os identi#icar que la di#erencia entre las pendientes teórica y experi"ental no hay "ucha variación entre ellas
+. ,R-ICO DE RELACIÓN T #s P Te"peratura experi"ental s. resión
Temperat#ra experimental Vs. Presión 1"0 180 1!0 160 150 T($%) experimental 140 130 120 110 100 "0
0 1 2 3 4 5 6 ! 8 " 10111213
Pabs (bar)
Te"peratura teórica s. resión
Temperat#ra teórica Vs. Presión
T($%) teóric
0 1 2 3 4 5 6 ! 8 " 10 11 12 13
Presión (bar)
In!%r&r%!a'n* "as gr!#icas presenta una tendencia exponencial ode"os identi#icar que la di#erencia entre las te"peraturas teóricas y experi"entales no hay "ucha variación entre ellas
/. CUESTIONARIO a
D'ó"o nos asegura"os que no haya aire en el interior del hervidor Dor qué es i"portante que no haya aire en el hervidor %uego de haer introducido 3 litros de agua en el hervidor, se procede a calentarlo para asegurarnos que se ha eli"inado toda la cantidad de aire. 'on la v!lvula de descarga aierta se espera hasta que el agua alcance el punto de eullición, entonces se desprende el vapor. $e de+a aierto unos dos "inutos aproxi"ada"ente hasta que todo el aire que huo en su "o"ento salga del hervidor. Es i"portante que el sire no esté presente ya que si el aire no es expulsado, no se otendr! una correcta "edición de la te"peratura y la presión de la "e&cla entre agua y vapor, la cual es lo que desea"os estudiar. En el caso de que se de+e aire dentro del hervidor, este a#ectaría en los datos que se adquieran ya que las ci#ras con las que se ha traa+ado son especí#ica"ente para el agua.
Fescria la evolución de las propiedades del agua durante el tie"po que estuvo prendida la resistencia eléctrica 'o"o la resistencia produ+o traa+o eléctrico sore el siste"a, que es el agua dentro del hervidor, au"entó la te"peratura del "is"o haciendo que su estado pasé de líquido a vapor, y co"o este proceso se dio sin ningGn ca"io del volu"en se pudo oservar un au"ento continuo de la presión.
c
Escria la ecuación de la pri"era ley que se aplica a este siste"a (agua dentro del recipiente) a volu"en constante. Feido a que el hervidor usa una resistencia eléctrica de 2 9;, produce que el agua gane una energía de calor la cual es "!s conocida, en este caso, co"o traa+o. Feido a que este hervidor contiene paredes laterales gruesas por el cual no se puede trans#erir energíaH por lo tanto, no se reali&a un traa+o de salida. Es decir, la ecuación que se aplica para este siste"a es:
W eléctrico= ∆ U d
< < <
D'u!nta energía, aproxi"ada"ente, reciió el agua hasta el "o"ento que apareció el vapor $i necesita algGn dato, averígIelo. %a te"peratura inicial del siste"a #ue de 2.5J'. %a te"peratura de vapori&ación #ue de /--J'. El volu"en se "antuvo constante y #ue de 3 %.
%a energía reciida #ue: Feido a que hay un ca"io de #ase del agua se utili&a la ecuación: 2−¿ μ1
μ¿ ∆ U =m ¿
∆ U = ρV ( μ 2− μ1 )
μ2=2506.0
T
U
2 2.5
21-4./
3-
21/.4
μ1
μ1=2409.916
∆ U =1000
kg m
3
x 3 Lx
1m 3
3
10 L
x ( 2506.0 −2409.916 )
kJ kg
∆ U 288.072 KJ =
or lo tanto, la energía que reciió el agua hasta el "o"ento que apareció el vapor #ue 266.-02 =A 5. Error
|
Pendiente experimental − Pendiente teorica Pendienteteorica
|
∗100
/.-
endiente experi"enta l <
2
-./632
-./62
3
-./1
-.//36
1
-./
-.-4-3
-.-6
-.-0
5
-.-01
-.-53
0
-.-5/
-.-06
6
-.-
-.-2/
4
-.-14
-.-101
/-
-.-16
-.-130
s.
endient e teórica -.2544
Error < -./6-206 / -.23-2261 0 -./-01/40 / -.-45-25 -./3323/2 1 -.-3533 2 -.-552/ 4 -.-3302 0 -.-46346/ 0
//
-.-13
-.-1-5
/2
-.-1
-.-304
-.-4//33 -.-1-64 0
ro"edio de error 8 4./K
0. CONCLUSIONES & &
& & & &
-
$e concluye que en el experi"ento llevado a cao, en el cual el volu"en es constante, la presión es directa"ente proporcional a la te"peraturaH sin e"argo, estas no tienen una relación lineal sino exponencial. %os resultados experi"entales y teóricos no presentaron una gran di#erencia, lo cual per"ite co"proar que el experi"ento #ue reali&ado satis#actoria"ente. Esto se puede oservar a través de los resultados o en las gr!#icas entre los resultados experi"entales y teóricos. $e puede co"proar que a "ayor presión, se requiere "ayor te"peratura para vapori&ar agua. $e puede concluir que la energía total que reciió el agua hasta el "o"ento en que apareció el vapor por la v!lvula de descarga #ue de 266.-02 =A. El experi"ento se elaoró con un error de 4./K ode"os identi#icar que la di#erencia entre las pendientes teórica y experi"ental no hay "ucha variación entre ellas. or lo tanto, el experi"ento si"uló de "anera esperada el ca"io de #ase. ode"os identi#icar que la di#erencia entre las te"peraturas teóricas y experi"entales no hay "ucha variación entre ellas .
