Informe de Laboratorio Termograf

UNIVERSIDAD DEL ATLÁNTICO FACULT FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍ A LABORATORIO DE FISICA II

ESTADOS TERMODINAMICOS Thermodynamic Thermodynamic State Ada!"erto Ve#a $ L%i Na&arro ' (ar)a *ineda ' +%r#en D)a, ' Ocar Ucate#%i In#enier)a (ec-nica La"oratorio de FISICA II .F)ica (ec-nica/0 Gr%1o No2 3

RESUMEN

Eta e41eriencia e rea!i,5 a tra&6 de! c-!c%!o te5rico y e! %o de %n 1ro#rama in7orm-tico in7orm-tico !!amado termo#ra7 die8ado die8ado 1ara etim%!ar etim%!ar y 7aci!itar 7aci!itar %n a1rendi,a9e a1rendi,a9e mediante !a &i%a!i, &i%a!i,aci5n aci5n directa directa de !a 1ro1iedade 1ro1iedade termodin-m termodin-mica ica00 Con !a ay%da de ete o7t:are o7t:are e rea!i,5 rea!i,5 !a o!%ci5n o!%ci5n de %n 1ro"!ema re!acionado re!acionado con !o etado termodin-mico de %na t%r"ina ;%e e4trae de! &a1or de a#%a ;%e reci"e< !a inc5#nita a encontrar eran !a 1rei5n e41reada en Bar< do tem1erat%ra %na dada en #rado Ce!i% y otra en =e!&in y 1or %!timo %na e#%nda 1rei5n en cm de co!%mna de a#%a0 PALABRAS CLAVES Estados Estados termodinámi termodinámicos: cos: %n etado termodin-mico e %n con9%nto de !o &a!ore ;%e toman !a

1ro1iedade de %n itema termodin-mico ;%e de"en er e1eci7icada 1ara re1rod%cir e! itema0 !o 1ar-metro indi&id%a!e on conocido como &aria"!e de etado< 1ar-metro de etado o &aria"!e termodin-mica0 Turina de !a"or: %na t%r"ina t%r"ina de &a1or e e %na t%r"om-;%ina moto t%r"om-;%ina motora< ra< ;%e tran7orma tran7orma !a ener#)a de ener#)a de %n 7!%9o de &a1or en &a1or en ener#)a mec-nica a mec-nica a tra&6 de %n intercam"io de cantidad de mo&imiento entre mo&imiento entre e! 7!%ido de tra"a9o .enti6ndae e! &a1or/ y e! rodete< rodete< 5r#ano 1rinci1a! de !a t%r"ina< ;%e c%enta con 1a!a o -!a"e !o -!a"e !o c%a!e tienen %na 7orma 1artic%!ar 1ara 1oder rea!i,ar e! intercam"io ener#6tico0 Tem"eratura: en 7)ica< e de7ine como %na ma#nit%d eca!ar re!acionada eca!ar re!acionada con !a ener#)a interna de interna de %n itema termodin-mico< de7inida 1or e! 1rinci1io cero de !a termodin-mica0 termodin-mica0 Presi#n: e %na ma#nit%d 7)ica ;%e mide !a 1royecci5n de !a 7%er,a en direcci5n 1er1endic%!ar 1or %nidad de %1er7icie< y ir&e 1ara caracteri,ar c5mo e a1!ica %na determinada 7%er,a re%!tante o"re %na !)nea0 ABSTRACT

Thi e41erience e41erience :a rea!i rea!i,ed ,ed thro%#h the theor theoretica etica!! ca!c ca!c%!ati %!ation on and the %e o7 a com1 com1%ter %ter 1ro#ram ca!!ed thermo#ra1h dei#ned to tim%!ate and 7aci!itate a !earnin# "y mean o7 the direct &i%a!i,ation o7 the ther th ermo mody dyna nami micc 1r 1ro1 o1er ertitie e00 >i >ith th th thee he he!1 !1 o7 th thi i o o7t7t:a :are re th thee o o!% !%tition on o7 a 1r 1ro" o"!e !em m re re!a !ate tedd to th thee thermodynamic tate o7 a t%r"ine that e4tract o7 the :ater &a1or that it recei&e< the %n=no:n to 7ind :ere the 1re%re e41reed in Bar< t:o tem1erat%re one #i&en in de#ree Ce!i% and another In ?e!&in and 7ina!!y a econd 1re%re in cm o7 :ater co!%mn0 $E%&ORDS T'ermod(namic states2 A thermodynamic thermodynamic tate i a et o7 &a!%e that ta=e the 1ro1ertie o7 a thermodynamic

ytem that m%t "e 1eci7ied to re1rod%ce the ytem0 The indi&id%a! 1arameter are =no:n a tate &aria"!e< tate 1arameter or thermodynamic &aria"!e0 Steam turine: a team t%r"ine i a motor t%r"omachine< t%r"omachine< :hich tran7orm tran7orm the ener#y o7 a &a1or 7!o: into mechanica! ener#y thro%#h an e4chan#e o7 moment%m "et:een the :or=in# 7!%id .ie team/ and the im1e!!er<

UNIVERSIDAD DEL ATLÁNTICO FACULTAD DE INGENIERÍA LABORATORIO DE FISICA II the main or#an o7 the t%r"ine< :hich ha "!ade or "!ade :hich ha&e a 1artic%!ar ha1e to "e a"!e to rea!i,e the ener#y e4chan#e0 Tem"erature:  in 1hyic< it i de7ined a a ca!ar ;%antity re!ated to the interna! ener#y o7 a thermodynamic ytem< de7ined "y the ,ero 1rinci1!e o7 thermodynamic0 Pressure: it i a 1hyica! ma#nit%de that mea%re the 1ro9ection o7 the 7orce in 1er1endic%!ar direction 1er %nit o7 %r7ace< and er&e to characteri,e ho: a certain 7orce i a11!ied on a !ine0

)* INTRODUCCION

En e! 1reente in7orme e !e dar- o!%ci5n a %n 1ro"!ema con !a ay%da de %n o7t:are conocido como termo#ra7 ;%e moti&a a! a1rendi,a9e de !a termodin-mica y da o!%ci5n a im%!acione de 1ro"!ema de !a &ida rea! ;%e im1!i;%en cic!o< etado y 1ro1iedade termodin-mica< entre m%cho otro %o <7aci!ita !a o"tenci5n de etado termodin-mico de %n itema en !a %nidade ;%e deeemo e41rear!o haciendo %o de ete 1ro#rama@ 1ara e!!o tendremo en conideraci5n !a caracter)tica de! di1oiti&o e!eccionando &o!%men de contro! .VC/ ya ;%e e! itema e a"ierto2 tiene %na 7rontera 1ermea"!e a! 7!%9o de maa0 Sin tener en c%enta conideracione ener#6tica< de"ido a ;%e neceitamo on !a 1ro1iedade termodin-mica .*< V< T/ dada en !a ta"!a de dato de termo#ra7 adem- e rea!i,a %na o"tenci5n y con&eri5n de dato de manera ana!)tica de! &o!%men e1ec)7ico con !o dato dado 1or e! en%nciado de! 1ro"!ema 1ara a) ya teniendo !a 1rei5n y e! &o!%men o"tener !a tem1erat%ra ;%e on %na de !a inc5#nita 1ara dar!e o!%ci5n a ete 1ro"!ema y ana!i,ando !a ta"!a de dato dada 1or termo#ra7 e ha!!an !a 1reione 1ara 1oteriormente rea!i,ar con&erione de %nidade i e neceita y 1or !timo e o"er&5 ;%e !a &aria"!e e enc%entran dentro de !o !)mite de !a ,ona de tra"a9o .1ara !a &aria"!e *< V< T/ enmarcada 1or e! en%nciado y reo!%ci5n de! 1ro"!ema0

+* ,UNDAMENTOS TEORICOS Termo-ra. e %n im%!ador a!tamente interacti&o

;%e tra"a9a !o conce1to corre1ondiente a !a ai#nat%ra de introd%cci5n a !a Termodin-mica< 1ermitiendo com1!etar !a demotracione y

com1ortamiento de !o itema termodin-mico con a1!icaci5n de! 1rimer y e#%ndo 1rinci1io0 S% die8o #ira entorno a! dia#rama termodin-mico< etim%!ando %n a1rendi,a9e im"5!ico mediante !a &i%a!i,aci5n directa de !a 1ro1iedade termodin-mica0 (- an< i#%iendo criterio 1eda#5#ico acorde a! marco contr%cti&ita< !a o1cione de con7i#%raci5n 1ermiten ir motrando 1a%!atinamente !o conce1to termodin-mico ;%e e &an introd%ciendo en !a ai#nat%ra0 De eta 7orma< !a tarea m- com1!e9a e rea!i,an en &entana e1ecia!i,ada ;%e m%etran !o 1ao a e#%ir y c5mo e9em1!o !a 7aci!idad de mane9o de termo#ra7< reo!&er !o errore ;%e 1%edan

1rod%cire0

En re%men< !a 1oi"i!idade ;%e o7rece TermoGra7 hacen ;%e ea adec%ado en c%a!;%ier ecenario de! 1roceo de ene8an,aa1rendi,a9e .c!ae te5rica< 1r-ctica de im%!aci5n< tra"a9o en caa indi&id%a! o en #r%1o< etc/< inc!%yendo 7aci!idade e1ec)7ica 1ara !a docencia como !a 1re1araci5n de materia! docente o !a correcci5n a%tom-tica de e9ercicio0

UNIVERSIDAD DEL ATLÁNTICO FACULTAD DE INGENIERÍA LABORATORIO DE FISICA II Primera /e( de /a termodinámica

Eta !ey e e! conocido 1rinci1io de coner&aci5n de !a ener#)a< e! c%a! eta"!ece ;%e !a ener#)a no e 1%ede crear ni detr%ir< o!o tran7ormar0 Eta !ey e !a ;%e re!aciona e! tra"a9o >< e! ca!or  y !a ener#)a tota! E 1romedio de %na ec%aci5n0 Ba!ance de ener#)a E! 1rinci1io de coner&aci5n de !a ener#)a e e41rea a)2 e! cam"io neto en !a ener#)a tota! de! itema d%rante %n 1roceo e i#%a! a !a di7erencia entre !a ener#)a tota! ;%e entra y !a ener#)a tota! ;%e a!e de! itema d%rante e! 1roceo0

Como !a ener#)a 1%ede er tran7erida en 7orma de ca!or< tra"a9o y maa< e! "a!ance de ener#)a e e41rea a)2

Lo ei &a!ore de !a derecha on cantidade y on medida 1oiti&a0 La direcci5n de !a tran7erencia de ener#)a e decri"e 1or !o %")ndice entrada y a!ida0 En .orma de tasa 

La ener#)a 1%ede e4itir en n%meroa 7orma2 interna< "ien ea eni"!e< !atente< ;%)mica o n%c!ear< cin6tica< 1otencia!< e!6ctrica y ma#n6tica0 La %ma de e!!a contit%ye !a ener#)a tota! E de %n itema0 Si no e4iten e7ecto e!6ctrico< ma#n6tico y de teni5n %1er7icia!< o!o en itema com1rei"!e im1!e< e! cam"io en !a ener#)a tota! d%rante %n 1roceo e !a %ma de !o cam"io en % ener#)a interna< cin6tica y 1otencia!0 E decir<

*ara taa contante y d%rante %n inter&a!o de tiem1o t !a re!acione on

E! "a!ance 1or %nidad de maa er)a2 Donde % y %3 on !a ener#)a interna e1ec)7ica en !o etado  y 3 re1ecti&amente0 Primera Le( Para Sistemas Estacionarios

Un itema etacionario e a;%e! ;%e no tiene cam"io en % &e!ocidad ni en % e!e&aci5n d%rante %n 1roceo0 En !a 1r-ctica< !a mayor)a de !o itema on etacionario0 Si eto e c%m1!e< !o ;%e im1!ica e en 1oca 1a!a"ra ;%e

 !a re!aci5n de cam"io de ener#)a tota! e red%ce a

*ara %n itema cerrado ;%e e41erimenta %n cic!o< !o etado inicia! y 7ina! on !o mimo< 1or !o c%a! !a ener#)a de! itema e !a mima en e! etado  y en e! etado 3< 1or !o c%a! E H 0 Primera /e( "ara !o/0menes de contro/*

Anteriormente e a1!ic5 a itema cerrado !a ec%aci5n de "a!ance de ener#)a

En eta ecci5n am1!iaremo e! %o de eta

UNIVERSIDAD DEL ATLÁNTICO FACULTAD DE INGENIERÍA LABORATORIO DE FISICA 3 ec%aci5n 1ara itema en !o ;%e hay 7!%9o de maa a tra&6 de % 7rontera0 E4iten do 7orma en ;%e e 1%ede dar ete 7!%9o de maa0 La 1rimera e 1ara e! !!amado 7!%9o eta"!e y !a e#%nda 7!%9o ineta"!e o &aria"!e0 Aná/isis de masa ( ener12a de !o/0menes de contro/0

Coner&aci5n de !a maa e! 1rinci1io de coner&aci5n de !a maa 1rom%!#a ;%e !a maa no e crea ni e detr%ye< ino ;%e cam"ia de 7orma0 Gracia a !a teor)a de A!"ert Eintein .JK$MM/ e a"e ;%e !a maa e 1%ede con&ertir en ener#)a y &ice&era0 Eto et- dado 1or !a 7amoa ec%aci5n0

Eta ec%aci5n indica ;%e !a maa de %n itema cam"ia c%ando % ener#)a cam"ia0 Conc!%i5n< i hay cam"io de maa y !a mima< etrictamente< no e coner&a ya ;%e %na 1e;%e8a 1orci5n de e!!a e tran7orma en ener#)a< ma eta 1orci5n e tan dimin%ta ;%e e ini#ni7icante en !o ;%e a 1roceo de in#enier)a concierne0 ,/u3o masico ( !o/um4trico

E! 7!%9o &o!%m6trico e !a cantidad de &o!%men ;%e 7!%ye a tra&6 de !a 7rontera de! itema 1or %nidad de tiem1o0 Ete 7!%9o &o!%m6trico e e! mimo ca%da!  ;%e e %ti!i,a en mec-nica de 7!%ido< 1ero e %a %n )m"o!o di7erente 1ara no con7%ndir ca%da! con ca!or0 La ec%aci5n 1ara ete e

La V indica !a &e!ocidad 1romedio de! 7!%ido 1er1endic%!ar a %n -rea A0 E! 7!%9o m-ico e !a cantidad de maa ;%e 7!%ye a tra&6 de !a 7rontera de! itema 1or %nidad de tiem1o0 La ec%aci5n 1ara determinar e! 7!%9o m-ico e

Donde & minc%!a e e! &o!%men e1ec)7ico y e !a denidad0 Princi"io

de

conser!aci#n

de

/a

masa 

La tran7erencia neta de maa hacia o dede e! &o!%men de contro! d%rante %n inter&a!o de tiem1o e i#%a! a! cam"io neto .incremento o dimin%ci5n/ en !a maa tota! dentro de! &o!%men de contro! d%rante ee 0

Donde !o t6rmino de !a i,;%ierda on !o 7!%9o m-ico hacia adentro y hacia a7%era de! &o!%men de contro! y e! t6rmino de !a derecha e !a taa de cam"io de !a maa dentro de! &o!%men de contro!0 Ba/ance de masa "ara "rocesos de ./u3o esta/e*

E! ;%e %n 1roceo e !!ame eta"!e i#ni7ica ;%e !a cantidad tota! de maa dentro de! &o!%men de contro! no cam"ia con e! tiem1o< e decir< !a maa dentro de !o !)mite de! itema e iem1re !a mima0 En ete ti1o de 1roceo e im1ortante e! 7!%9o m-ico0 E! 1rinci1io de coner&aci5n de !a maa 1ara %n itema #enera! de 7!%9o eta"!e con entrada y a!ida m!ti1!e e e41rea en 7orma de taa como

Eta e41rea ;%e !a %matoria de !a taa de maa ;%e entran e i#%a! a !a %matoria de !a taa de maa ;%e a!en0 Di1oiti&o com%ne en in#enier)a como to"era<

UNIVERSIDAD DEL ATLÁNTICO FACULTAD DE INGENIERÍA LABORATORIO DE FISICA II di7%ore< t%r"ina< com1reore y "om"a< o!o 1oeen %na entrada y %na a!ida de corriente< 1or !o tanto a! #enera!i,ar 1ara di1oiti&o de %na o!a corriente tenemo0

5* DESARROLLO E6PERIMENTAL Recurso in.ormático •

TermoGra7 &M0K

Procedimiento

Se decar#a o7t:are en c%eti5n 1ara 1roceder a rea!i,ar a!#n e9ercicio 1ro1%eto 1or !o a%tore de! 1ro#rama0 Se e!ecciona e! 1ro"!ema 0 o"re etado termodin-mico 1ara % rea!i,aci5n0

Pro/ema: Pb. 1.6.- Estados termodinámicos

La 7i#%ra m%etra 1arte de %na inta!aci5n de 1otencia0 En e!!a< %na t%r"ina 1rod%ce tra"a9o ;%e e4trae de! &a1or de a#%a ;%e reci"e0 E! ca%da! a !a entrada de !a t%r"ina e de  !min y !a 1rei5n< re#%!ada 1or %na &-!&%!a< e 3J ?*a0 E! 7!%9o m-ico medido a !a a!ida de !a t%r"ina e de  =#< !a tem1erat%ra e PQF y !a 1rei5n e 30J "ar0 Con !o dato anteriore2 a/ e41rea * en "ar0 "/ ca!c%!a T en C0

c/ ca!c%!a T3 en ? d/ e41rea *3 en cm de co!%mna de a#%a0 Consideraciones:

*or !a caracter)tica de! di1oiti&o !o !5#ico ere!eccionar &o!%men de contro! .VC/ ya ;%e e! itema e a"ierto2 tiene %na 7rontera 1ermea"!e a! 7!%9o de maa0 $ 2 No e neceitan conideracione ener#6tica y "ata con "%car !a 1ro1iedade termodin-mica t6rmica .*
UNIVERSIDAD DEL ATLÁNTICO FACULTAD DE INGENIERÍA LABORATORIO DE FISICA 3 tem1erat%ra 1ara re1reentar e! etado< a)2

•

7* DATOS OBTENIDOS EN EL LABORATORIO

Dearro!!ando e! e9ercicio encontramo ;%e2 A/ Entonce2 3J?*a H 3JBAR •

B/ *ara ca!c%!ar T hacemo %o de! o7t:are en c%eti5n< 1ero ante de"emo ca!c%!ar e! V 1ara a) re1reentar e! etado0 Entonce2 Ca%da! H  !min F!%9o en !a a!ida H  =# Rea!i,ando !a con&eri5n de %nidade2 Ca%da! H M0K ! Vo!%men e1eci7ico H

•

Ca%da! F!%9o en !a a!ida

Vo!%men e1eci7ico H J0 !

In#reando !o dato de 1rei5n y &o!%men en e! 1ro#rama teniendo en c%enta !a %nidade de medida< o"tenemo !a in7ormaci5n de !a

T H 30C

C/ De! en%nciado a"emo ;%e !a tem1erat%ra do .T3/ e i#%a! a PF< rea!i,ando !a con&eri5n o"tenemo2 •

T3 H PJ0M?

D/ Conociendo ;%e !a 1rei5n de a!ida e de 3JBAR< rea!i,amo !a con&eri5n a cm de co!%mna de a#%a< a) o"teniendo ;%e2 •

*3H 3JMP0P cm de co!%mna de a#%a0

8* ANALISIS DE RESULTADOS

En !a #r-7ica e o"er&an !a &aria"!e de etado< adem-< no m%etra ;%e !a &aria"!e e enc%entran dentro de !o !)mite de !a ,ona de tra"a9o .1ara !a &aria"!e *< V< T/ enmarcada 1or e! en%nciado y reo!%ci5n de! 1ro"!ema0

UNIVERSIDAD DEL ATLÁNTICO FACULTAD DE INGENIERÍA LABORATORIO DE FISICA II 9*

ECUACIONES % DATOS USADOS:

BAR H *a  min H  BAR H 0 cm de co!%mna de a#%a

CONCLUSIONES

 En e! e41erimento e 1%edo o"er&ar ;%e e! &a!or de !a #ra&edad e41erimenta! et- %n 1oco a!e9ado de! &a!or de !a #ra&edad te5rica0 Eto e de"e a ;%e !a #ra&edad e41erimenta! e ca!c%!5 con %na !on#it%d medida con %n intr%mento de medici5n como !a re#!a eto ;%iere decir ;%e eta #ra&edad tiene en e!!a %na erie de error arratrado ta! &e, 1or !a ma!a medici5n de !o o1eradore a! momento de tomar !a medida< tam"i6n et%&o inc!%ido e! cronometro con e! ;%e e tom5 e! tiem1o de !a 3 oci!acione e! c%a! tam"i6n arratra %n error item-tico0 Entre otro m%cho 7actore La conc!%i5n a ;%e e !!e#a e ;%e hay &ario 7actore ;%e tienen in7!%encia en !a medici5n de !a #ra&edad y i e ;%iere o"tener %n &a!or m- 1recio y acercado a! &a!or te5rico de"er)amo tener!o en c%enta0 *

RE,ERENCIAS

0 F)ica Uni&eritaria Vo! < Sear eman=y 3 edici5n0 30 htt12termo#ra70%ni,ar0e:::inde40htm con acceo e! 3 0