Guia Componente Practico Termodinámica 2

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD

ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201015 – 201015 – TERMODINAMICA TERMODINAMICA

UNIVERSIDAD UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA

GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO VIRTUAL 1 201015 TERMODINÁMICA –

DAVID ORLANDO PAEZ MELO Director Nacional

BOGOTA 2015

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ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201015 – TERMODINAMICA

2. ASPECTOS DE PROPIEDAD INTELECTUAL Y VERSIONAMIENTO

La presente Guía fue diseñado por el Msc. David O. Páez, docente de la UNAD, y ubicado en el CEAD de Barranquilla, actualmente se desempeña como tutor Ocasional de la UNAD.

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5. CARACTERÍSTICAS GENERALES La termodinámica es una ciencia que se apoya en otras ciencias como la matemática y la mecánica estadística principalmente y trata de describir todos los procesos que ocurren en la naturaleza, desde el equilibrio de fases que puede existir en tu organismo hasta las explicaciones del origen del universo. Sirve para poder diseñar reactores, columnas de destilación, intercambiadores de calor, torres de absorción, en fin casi cualquier equipo industrial de modo que sirvan para lo que se les diseña y no sean más grandes de lo que deban ser. Sirve para estudiar el petróleo, los polímeros, las reacciones químicas. Para las turbinas de los aviones y de las plantas generadoras de electricidad, entre otras cosas.

Introducción

En tal sentido, el presente protocolo esta diseñado para servir como referencia a los eventos prácticos- virtuales del curso Termodinámica de la Universidad Nacional Abierta y a Distancia, Escuela de ciencias básicas, tecnología e ingeniería, Unidad de ciencias básicas. El documento presenta tres prácticas de laboratorio- en la modalidad virtual, especialmente propuestas para complementar el avance teórico del curso. El contenido de cada una de ellas fue seleccionado, teniendo en cuenta el tiempo y las competencias metodológicas complementarias a las actividades y contenido teórico del curso. Cada práctica debe conducir a un producto que se verá plasmado en un informe, el cual servirá como referencia para determinar hasta que punto se logro avanzar en el desarrollo de los objetivos. ,

Justificación

Es requisito para los estudiantes de Ingenierías de Alimentos, Industrial, Regencia de Farmacia, Agronomía y afines y Zootecnia y afines que están cursando el curso de Termodinámica

Intencionalid ades formativas

PROPÓSITOS: Que el estudiante se apropie de habilidades de análisis y observación a través del desarrollo de actividades y experiencias desde la simulación computacional sobre los diferentes conceptos de la Termodinámica Que el estudiante pueda relacionar, evidenciar y demostrar algunos de los conceptos teóricos en probelmas reales o cercanos a la realidad mediante la simulación 3



OBJETIVOS: Aplicar los conocimientos adquiridos en el curso de termodinámica en problemas prácticos simulados por aplicaciones web y software especializado Entender los conceptos de trabajo, calor, en ergía, caracterización termodinámica de sistemas, ciclos termodinámicos y eficiencia.

METAS: Desarrollará habilidades numéricas y cognoscitivas para e l entendimiento de las leyes termodinámicas y su aplicación en la ingeniería Aplicará los conceptos teóricos adquiridos en el curso a problemas reales simulados computacionalmente.

COMPETENCIAS: Los estudiantes analizan, simulan, comprueban y dan solución adecuada a problemas de interés disciplinar relacionado con la termodinámica clásica para el desarrollo de habilidades de pensamiento y destrezas instrumentales que puedan ser aplicadas en el ejercicio de su profesión, su campo de interés y la vida diaria. El estudiante reconoce la experimentación y el método científico como herramientas válidas dentro del proceso de construcción de nuevo conocimiento.

Denominació n de practicas

Práctica uno: Ley cero de la termodinámica/ análisis dimensional/ Conversiones, contexto de la termodinámica Practica dos: ley de charles, trasformación isoterma, calorimetría, transformaciones termodinámicas Practica tres: ciclos termodinámicos, sistemas termodinámicos, equilibrio de fases

Número de horas

18

Porcentaje total

14% del curso equivalente a 65 puntos de 500

Curso Evaluado por proyecto

SI_X__

Seguridad

NO__ No aplica

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industrial

DESCRIPCIÓN DE PRÁCTICAS PRACTICA No. 2 – LEY DE CHARLES, TRASFORMACIÓN CALORIMETRÍA, TRANSFORMACIONES TERMODINÁMICAS

ISOTERMA,

Tipo de practica Presencial Otra ¿Cuál Porcentaje de evaluación Horas de la practica Temáticas de la práctica Intencionalidades formativas

Autodirigida

Remota

x

Calorimetría, Ley de charles, trasformación isoterma, transformaciones termodinámicas. PROPÓSITO Fortalecer los conceptos desarrollados en el curso de termodinámica, específicamente los que involucran transferencia de energía en forma de calor, ley de gases ideales, ley de charles y trabajo (temáticas abordadas en la unidad 2 del curso)

OBJETIVOS 





Comprender y aplicar los fundamentos de la calorimetría. Entender el concepto de trabajo y energía de la primera ley de la termodinámica Aplicar modelos matemáticos como le ley de gases ideales para describir comportamientos naturales

META • Presentar y sustentar un informe en pequeños

grupos colaborativos, donde se evidencia la 5



participación individual y refleje el estudio y análisis de la práctica, organizando, sistematizando y discutiendo los resultados de laboratorio virtual, y su Contraste con las teorías o leyes específicas. • Evidenciar en casos prácticos a través de la

simulación la aplicabilidad y alcance de las leyes que describen fenómenos termodinámicos

COMPETENCIA • El estudiante describe y analiza de manera

suficiente los conceptos termodinámicos como calor sensible, calor latente, proceso adiabático. •

El

estudiante

comunica

los

conocimientos

adquiridos a sus compañeros y en general a la comunidad académica, con un producto final escrito y sometido a evaluación • El estudiante describe áreas o campos de acción

en los cuáles puede transferir los conocimientos adquiridos.

Fundamentación Teórica REVISAR UNIDAD 2 DEL CURSO Y SU MATERIAL COMPLEMENTARIO Descripción de la práctica. Esta práctica se dividirá en cuatro partes En la primera el estudiante deberá calcular el calor entregado por dos sistemas que interactúan hasta alcanzar un equilibrio térmico En la segunda el estudiante deberá obtener perfiles de cómo cambia el volumen de un gas contenido en un sistema cuando la temperatura cambia En la tercera parte calculará el trabajo que realiza un gas contenido en un sistema cilindro pistón a temperatura constante En la última parte calculará el trabajo que realiza un gas ideal en condiciones 6



adiabáticas, isocóricas, isobáricas e isotérmicas

Recursos a utilizar en la práctica (Equipos / instrumentos) -Computador con conexión a la red -Se recomienda el empleo del explorador Chrome o Mozilla

Software a utilizar en la práctica u otro tipo de requerimiento para el desarrollo de la práctica

Para la primer parte el estudiante debe ingresar al link http://www.educaplus.org/play-243-Calorimetr%C3%ADa.html Para la segunda parte el estudiante debe ingresar al link http://www.educaplus.org/play-118-Ley-de-Charles.html Para la tercera parte el estudiante debe ingresar al link http://www.educaplus.org/play-171-Transformaci%C3%B3n-isoterma.html Para la cuarta parte el estudiante debe ingresar al link http://www.educaplus.org/play-138-Transformacionestermodin%C3%A1micas.html

Seguridad Industrial No aplica

Metodología El estudiante debe ingresar a los links reportados y realizar las actividades que a continuación se relacionan:

PRIMERA PARTE Ingresar al link http://www.educaplus.org/play-243-Calorimetr%C3%ADa.html y

realizar las siguientes configuraciones

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1. 2. 3. 4. 5. 6.

Seleccionar la sustancia A y configurar una masa de 70 gramos Ajustar la temperatura a 20°C Para el agua configurar 185 gramos y una temperatura de 40 °C En seguida oprimir el botón comenzar Reportar la temperatura inicial y final del sistema Repetir el procedimiento con las sustancias B,C,D,E y F

SEGUNDA PARTE Ingresar al link http://www.educaplus.org/play-118-Ley-de-Charles.htmL y realizar

las siguientes configuraciones 1. 2. 3. 4. 5.

Registrar el volumen inicial del sistema Mover la barra inferior (que ajusta la temperatura) a 208.15 K Obtener la gráfica que arroja el aplicativo Registrar el volumen final Repetir el proceso, esta vez moviendo la barra inferior a 348.15

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TERCERA PARTE Ingresar al link

http://www.educaplus.org/play-171-Transformaci%C3%B3nisoterma.html y realizar las siguientes configuraciones

1. Moviendo el embolo con el mouse, ajuste la presión a 6.0x10 6 pascales 2. Reporte el volumen final y el trabajo final 3. Hacer clic en reiniciar y repetir el procedimiento si la presión se ajusta a 20.2x106 pascales CUARTA PARTE Ingresar al

http://www.educaplus.org/play-138-Transformacionestermodin%C3%A1micas.html y realizar las siguientes configuraciones 1. 2. 3. 4.

link

Hacer clic sobre el botón isobara y registrar la tabla Hacer clic sobre el botón adiabática y registrar los datos de la tabla Hacer clic sobre el botón isoterma y registrar los datos de la tabla Hacer clic sobre el botón isocora y registrar los datos de la tabla

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Sistema de Evaluación Se evaluará por lo menos Informe. Revisar (según rúbrica) Se deja a discreción del tutor hacer una evaluación escrita sobre la temática de la práctica. Informe o productos a entregar

Se debe entregar un informe de laboratorio tipo artículo (de acuerdo a las instrucciones de los anexos) sobre los ejercicios resueltos. Adicionalmente se debe responder estas preguntas en la sección de análisis de resultados

Primera parte 1. Determine el calor especifico de las sustancias A,B,C,D,E y F 2. Suponga que tiene 60 gramos de B y que su temperatura inicial es de 22°C, para el agua tiene 200 gramos y su temperatura inicial es de 34°C con la información del numeral anterior determinar teóricamente la temperatura final del sistema 3. Con el aplicativo realizar la configuración del numeral 2 y comparar 4. Qué puede concluir sobre el calor especifico?

Segunda parte

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1. ¿Qué dice la Ley de Charles? 2. Reporte el volumen inicial y final cuando la temperatura cambia de 298.15 K a 208.15 K 3. Reporte el volumen inicial y final cuando la temperatura cambia de 208.15 K a 348.15 K 4. Adjunte las gráficas obtenidas 5. Si la presión es de 1 atm calcule los moles de aire si a 298,15 K hay un volumen de 26 cm3

Tercera parte 1. Adjunte las gráficas obtenidas para las dos configuraciones 2. En una tabla reporte la información solicitada para las dos configuraciones (volumen final y trabajo realizado) 3. Derive el modelo matemático para encontrar el trabajo del sistema asumiendo gas ideal y temperatura constante 4. Con el modelo matemático establezca el trabajo realizado por un mol de gas a 300 K que pasa de 1x10 -3 m3 a 0.5x10-3 m3 5. Realizar la configuración del ítem 4 en la aplicación y comparar

Cuarta parte 1. Que significa isocora, isoterma, isobara y adiabático 2. Suponiendo un gas ideal y un mol de aire derive las expresiones para calcular el trabajo en condiciones isotérmicas, isobáricas y adiabaticas 3. Empleando las formulas del numeral dos, calcule el trabajo en condiciones de P constante cuando el volumen cambia de 1x10 -3 m3 a 0.12x10-3 m3 comparar con la información del aplicativo

Rúbrica de evaluación Ítem 1. Objetivos 2. Teoría

Valoración baja Valoración media No presenta objetivos (0) No presenta

Valoración alta

Presenta algunos Presenta todos los objetivos objetivos (0,8) (1,5) Presenta parte de los Presenta los 11

Puntaje Máximo (2,0) (3,0)



(Resumen, o mapa conceptual)

teoría

suficientes conceptos para (0) (1,5) realizar el informe (3,0) No presenta el Presenta el 3. Presenta el procedimiento Procedimiento procedimiento para procedimiento para para cada una de cada una de las (diagrama de algunas de las partes las partes de la partes. (1,0) flujo) práctica (0) (2,0) Solo presenta Presenta los No presenta gráficos incompletos o gráficos, de 4. Diagramas o gráficos sin ceñirse a las acuerdo a las Gráficos (0) instrucciones instrucciones (1.5) (2,0) 5. Resolvió parcialmente Resolvió en su Cuestionarios o No responde o de forma totalidad y respuestas a las (0) incorrecta correctamente experiencias (2,5) (5,0) 6. Conclusiones.

No presenta conclusiones o están mal elaboradas (0)

7. Referencias

No presenta referencias (0)

conceptos

Presenta solamente algunas conclusiones

(2,0)

(2,0)

(5,0)

Presenta las conclusiones correspondientes a los objetivos (3,0)

(3,0)

Presenta las Presenta solamente referencias una o dos referencias suficientes para un (1,0) buen informe (2,0)

(2,0)

Buena presentación (3,0)

(3,0)

(1.5)

Desorden, 8. Presentación Mala ortografía y redacción (0)

TOTAL

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Retroalimentación. Dada por el tutor a los 10 días después de entregado.

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ANEXO 2

GUÍA PARA LA PRESENTACIÓN INFORME DE L ABORATORIO

Los informes de laboratorio tienen como objetivo principal comunicar los resultados de un estudio experimental a otras personas.. En el caso del laboratorio de química, el estudiante debe demostrar que ha hecho la conexión entre los conceptos aprendidos en el curso y la aplicación que ha realizado en el laboratorio. Para que el informe tenga un estilo y apariencia atractivos que invite a leerlo utilice estilos y tamaños de letra apropiados, márgenes adecuados, use espacio y medio entre líneas.

El Informe de Laboratorio debe poseer como mínimo las siguientes secciones: • Portada: La portada debe contener, Nombre de la Institución, Nombre del

curso, Prácticas realizadas, Número de Grupo de Laboratorio, Número de grupo colaborativo (de laboratorio, no del aula), nombres de los integrantes del grupo colaborativo (de laboratorio, no del aula), Tutor del curso, fecha de realizado el experimento, fecha de entrega del informe, Ciudad donde realizó la práctica.

Cada práctica debe contener: • Número y Nombre de la práctica • Objetivos – En dos o tres oraciones se explica los objetivos del experimento.

Es importante presentar claramente los objetivos ya que como parte de la conclusión se debe discutir si éstos se alcanzaron. • Marco teórico – En esta sección se presenta de manera ordenada y

coherente aquellos conceptos fundamentales necesarios para entender los fundamentos del experimento realizado. Esta sección debe incluir las ecuaciones que se van a utilizar y una explicación de cómo se utiliza la data colectada en el experimento para hacer los cálculos de las propiedades que se van a determinar.

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• Procedimiento – En esta sección se describe el equipo utilizado y el

procedimiento, el procedimiento debe ser lo suficientemente claro como para que otro estudiante pueda usarlo de guía para realizar el experimento (es aconsejable utilizar un diagrama de flujo para describirlo). Recuerde incluir “los cambios de última hora”. Y mencionan precauciones particulares para ese experimento. • Datos Experimentales – En esta sección se presentan de forma organizada

los datos obtenidos en el laboratorio, sin haberles hecho ningún tipo de conversión o cálculo. Puede utilizar el formato de presentación que crea más apropiado. Es importante utilizar el número correcto de cifras significativas en cada valor reportado así como su incertidumbre (ejemplo, la masa de una pastilla de ácido benzoico medida en una balanza analítica podría ser 1.009 ±0.001). El número de cifras significativas dependerá de la precisión del instrumento utilizado para hacer las medidas. Recuerde que las cifras significativas incluyen un último dígito incierto. • Ejemplos de Cálculos – En esta sección incluya un ejemplo de todos los

cálculos utilizando uno de sus conjuntos de datos. Incluya las unidades en todos los valores numéricos. • Resultados – Presente los resultados en el orden en que fueron calculados y

obtenidos, de manera organizada. Por lo general se utilizan tablas cuando los cálculos son repetitivos para una o más variables independientes. Todas las tablas y figuras deben tener un número de referencia, ejemplo. Figura 1, Tabla I, etc. • Gráficas – Todas las gráficas deben tener un título completo que describa lo que se presenta en la misma incluyendo el sistema (ejemplo, determinación de la densidad del plomo (calculado de la relación masa vs volumen). Los ejes de las

gráficas deben estar rotulados incluyendo la propiedad y las unidades utilizadas (ejemplo, Temperatura (K)). Debe seleccionarse la escala de los ejes de manera que la gráfica presentada (línea o curva) cubra la mayor parte del espacio. • Tablas – Las tablas son muy útiles para presentar grandes cantidades de

datos o resultados, especialmente cuando los resultados guardan una relación entre sí. Por ejemplo, si a un líquido puro se le mide la masa y el volumen en múltiples ocasiones y con estos valores se calcula la densidad, entonces es conveniente presentar todos estos resultados en una misma tabla. Recuerde que todas las tablas deben tener un título y un número. Debe especificarse en la parte 14



superior de las columnas la cantidad que se está tabulando, las unidades y la incertidumbre de los valores tabulados. • Análisis y discusión

de resultados – La discusión es la parte más

importante del Informe de Laboratorio ya que en ella el estudiante demuestra que tiene dominio del experimento realizado y de los principios en los cuales éste está basado (Por ejemplo La discusión debe centrarse en una explicación del comportamiento observado para el sistema estudiado utilizando como fundamento para estas explicaciones la determinación del volumen en sólidos irregulares por desplazamiento de un líquido). En la discusión no sólo se analizan los resultados sino que se discute las implicaciones de los mismos. Se pueden utilizar en la discusión comparaciones con sistemas similares como una manera de validar los resultados observados. En el caso de que se estudien dos o más sistemas, se debe discutir las razones para las diferencias o similitudes observadas. Es importante además discutir las limitaciones del diseño del experimento y la propagación de error en las ecuaciones utilizadas. Haga siempre una búsqueda de valores reportados en la literatura para compararlos con los valores obtenidos en el experimento. Sin embargo recuerde que los valores de la literatura son el resultado de otros experimentos y no deben tomarse como verdaderos. Por lo tanto, calcule y reporte un por ciento de diferencia y no un por ciento de error. Debe presentar en la sesión de referencias la fuente de donde obtuvo los valores teóricos.

Cuestionarios. Responder las preguntas de los cuestionarios que se incluyen el la práctica •

• Conclusión – En esta sección se resumen brevemente los aspectos más

importantes de los objetivos del experimento. Además se discute brevemente la importancia del experimento. • Referencias – Debe incluir todas las referencias utilizadas y citadas a través

del informe. Existen muchos estilos para citar referencias utilizar el mismo estilo en todo el informe (sea consistente). Un estilo usado frecuentemente es el estilo de la A.P.A. (Amerincan Psychological Association) sobre el cual puede obtener información en el siguiente enlace: http://www.capitalemocional.com/apa.htm.

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2. Algunas normas para la redacción del informe (2)

Un pensamiento debidamente elaborado, abre la puerta a una expresión también debidamente elaborada.

Al ser el medio escrito una forma de comunicación dentro del ambiente científico, es necesario que el estudiante se entrene en su redacción. El informe de laboratorio no es una carga adicional al trabajo experimental, él es una comprobación de su dominio del tema, su conocimiento sobre el desarrollo del trabajo y de su capacidad selectiva y organizativa. Debe cuidar su claridad, precisión y concisión, respetando las normas del idioma español. Debe buscar que su escrito tenga mérito científico y literario. Para facilitar esa redacción se le sugiere tener en cuenta las siguientes recomendaciones: a) Tenga en cuenta los objetivos previstos y escriba las principales ideas en la forma en que vayan apareciendo y deje espacios en blanco para concretar aspectos, reforzar ideas o ampliar información. b) Escriba siempre en tercera persona y elimine los pronombres personales cuando quiera indicar sus propios aportes. c) Verifique permanentemente los tiempos de los verbos; como se trata del reporte de un trabajo ya realizado, éstos deben estar en tiempo pasado. d) En las descripciones se debe escudriñar y detallar la estructura misma de los hechos y objetivos para dejarlos en forma clara y precisa, eliminando lo vano y metafórico, haciendo uso adecuado de las palabras y evitando el exceso de las mismas dentro de un mismo párrafo empleando los sinónimos adecuados. e) La claridad que se tenga sobre el material que escribe permite la correcta comprensión e interpretación del mensaje por parte del lector. Un escrito ininteligible indica un pensamiento confuso e imperfecto y con profundos vacíos conceptuales por parte de quien lo escribe.

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f) Al escribir tenga en cuenta a su lector, no crea que él lo sabe todo o es un neófito en el tema; déle los elementos necesarios para que lo pueda comprender e interpretar, como usted desea que el entiendan su escrito. Seleccione adecuadamente el material y sea equilibrado en el empleo del lenguaje técnico; entregue un mensaje completo y coherente en cada una de sus partes y entre ellas. g) Organice el material en forma sistemática, secuencial y que mantenga la coherencia interna (relaciones entre frases, entre párrafos y entre los de análisis y los que contienen las conclusiones). Permita a su lector le siga mentalmente en la forma como obtuvo sus resultados (cuáles fueron los supuestos teóricos usados, qué métodos empleó para su comprobación, qué resultados obtuvo, cómo los evaluó, cómo resolvió el problema, cómo se pueden aplicar a otros problemas semejantes).

Referencia Bibliográfica 1. Cruz, Astri J. Preparación de informes de laboratório. Departamento de Química, Recinto Universitario de Mayagüez. Universidad de Puerto Rico URL: http://blogs.uprm.edu/quim4101/guias-para-la-preparacion-de-informes-delaboratorio/ 2. Guerrero, José H. (2005). Módulo Química Orgánica . UNAD. Bogotá Colombia

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Guia Componente Practico Termodinámica 2

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