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Laboratorio de Ondas y Calor
CURSO: ONDAS Y CALOR LABORATORO N! "# Ter$odin%$i&a. Ter$odin%$i&a. 'ases deales
Alumno (s):
Apellidos y Nombres
Nota
Chávez Zegarra, Christian Jesús Ccapa Ccamaque Abel Franco Diaz Parillo Humberto onn! Flores "amani Diego Arman#o
()lio Ri*era
Profesor: Programa Profesional:
ec!a de entrega :
" #
# $
Especialidad/Grupo: Mantenimiento de Maquinaria Pesada C2-B Mesa de 'raao :
% &
+
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PRÁCTICA DE LABORATORIO Nº 03 TERMODINAMICA. GASES IDEALES. 1. OBJETIVOS
,- eri/&ar la Ley de Boyle de los 0ases ideales. +- Deter$inar el traba1o reali2ado sobre el siste$a en )n 3ro&eso isot4r$i&o. #- Cal&)lar el n5$ero de $oles de )na &antidad de aire. 6- Ser &a3a2 de &on/0)rar e i$3le$entar e7)i3os 3ara to$a de datos e83eri$entales y reali2ar )n an%lisis 0r%/&o )tili2ando &o$o 9erra$ienta el sot;are Data St)dio. <- Utili2ar el sot;are PASCO CapstoneTM 3ara *eri/&a&i=n de 3ar%$etros estad>sti&os res3e&to a la inor$a&i=n re0istrada. . MATERIALES -
Co$3)tadora 3ersonal &on 3ro0ra$a PASCO CapstoneTM instalado nterase USB Lin? @+Sensor de 3resi=n absol)ta Sensor de te$3erat)ra (erin0a
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3. ATS
An!"#s#s $e T%a&a'o Se()%o* On$as + Ca"o%
N ,
+
# 6
< H 'RUPO
PASOS BASCOS DEL TRABA(O Coordina&i=n 3re*ia &on el do&ente y &o$3aeros Re&e3&i=n y *eri/&a&i=n del estado de los $ateriales. Gonta1e de las &one8iones. Cone8i=n y en&endido de la &o$3)tadora. Des$onta1e del &ir&)ito De*ol)&i=n de $ateriales B
DAO @RES'OPRESENTE EN CADA PASO
C ONTROL DE RES'O
a&er &aer 9erra$ientas 3or alta de &oordina&i=n
Coordinar y re3artirse las tareas de $anera ee&ti*a.
Ca>da de ob1etos tro3ie2os y o $al )n&iona$iento de los $ateriales. Ca>da de ob1etos Galas &one8iones. Ries0o el4&tri&o.
Ca>da de los $ateriales. Ca>da yo dao de los $ateriales. ESPECALD AD
C+
,. -NDAMENTO TE/RICO 27
Sostener bien los $ateriales trasladarse &on &)idado y reali2ar las 3r)eba s &orres3ondientes Se0)ir las 3a)tas indi&adas 3or el do&ente y Gantenerse &on&entrados en el trans&)rso del laboratorio. Usar ade&)ada$ente los e7)i3os de 3rote&&i=n. Des$ontar &)idadosa$ente. De*ol*er en ordenada y &)idadosa$ente los $ateriales. COORDNADOR DE 'RUPO: Flores Ga$ani Die0o Ar$ando
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La te%o$#n!#a
La ter$odin%$i&a es )na &ien&ia e83eri$ental 7)e est)dia los &a$bios 3rod)&idos en )n siste$a 3or el inter&a$bio de &alor. En ella se $ide a(n#t)$es a%os2p#as &o$o la p%es#2n el o")en y la tepe%at)%a sin i$3ortarle la &a)sa $i&ros&=3i&a de los en=$enos obser*ados. A 3esar 7)e los siste$as t4r$i&os res)ltan ser $)y &o$3le1os la ter$odin%$i&a 9a tenido 0ran 48ito en res)$ir estas obser*a&iones en al0)nas sen&illas leyes $)y 0enerales 3ara dar )na e83li&a&i=n a los en=$enos de ori0en t4r$i&o. E8iste )na teor>a $i&ros&=3i&a de los 0ases ideales y en s> de todos los 3ro&esos t4r$i&os la $e&%ni&a estad>sti&a 3ero n)estro eno7)e ser% neta$ente $a&ros&=3i&o.
Gases #$ea"es
Re&iben este no$bre los 0ases 7)e se en&)entran $)y e83ansionados @enrare&idos- es de&ir 7)e 3osean $)y 3o&a densidad y e1er2an 3o&a 3resi=n. En otras 3alabras es )n 0as en el &)al las intera&&iones entre las $ol4&)las son des3re&iables y esto o&)rre &)ando la se3ara&i=n 3ro$edio de las $ol4&)las sea $)&9o $ayor 7)e el ta$ao de los %to$os y esto 9a&e 7)e las $ol4&)las intera&t5en $)y 3o&o &on las de$%s. La e&)a&i=n de estado del 0as ideal: PV4RTn
516
Donde P: Presi=n del 0as : ol)$en o&)3ado 3or el 0as en el re&i3iente 7)e lo &ontiene n: N)$ero de $oles R: Constante Uni*ersal de los 0ases T: Te$3erat)ra absol)ta en Iel*in Con *alores de:
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Robert Boyle 9i2o est)dios sobre 0ases ideales $antenidos a te$3erat)ra &onstante @3ro&eso isoter$o- y obt)*o la ley 7)e lle*a s) no$bre. P V 4 te
56
De la &)al 3ode$os a/r$ar la de3enden&ia de P *s , o )na *s ,P es lineal y la 0ra/&a son re&tas 7)e 3asan 3or el ori0en. Las 3endientes de las re&tas de3enden de la te$3erat)ra y se deter$inan de la ley del 0as ideal. E8isten otras es&alas de te$3erat)ras ade$%s de la Celsi)s y la Iel*in &o$o la Fa9ren9eit y la Ran?ine. Es 5ni&a$ente &)ando )sa$os la es&ala de Iel*in 7)e obtene$os la 3ro3or&ionalidad entre *ol5$enes y te$3erat)ra la de$%s es&alas solo dan )na de3enden&ia lineal. El 9e&9o de 7)e todas las 0ra/&as de 3resi=n *s te$3erat)ra 3ara 0ases ideales eran re&tas &ortando el e1e te$3erat)ra en el $is$o 3)nto @J+K#.,< C- lle*o a la idea del &ero absol)to de te$3erat)ra y la es&ala de Iel*in. dieren&ia entre proporcional + linealmente independiente es 7)e )na 0ra/&a de dos *ariables 3ro3or&ionales es )na re&ta 7)e 3asa 3or el ori0en de &oordenadas $ientras 7)e dos *ariables &on de3enden&ia lineal la 0ra/&a )na re&ta &on )n 3)nto de interse&&i=n dierente de &ero. O1o:
La
7. PROCEDIMIENTO ,.1 E8pe%#en#a $e "a "e+ $e Bo+"e. n0rese al 3ro0ra$a PASCO CapstoneTM 9a0a &li& sobre el i&ono ta&"a + (%!9a y se0)ida$ente re&ono&er% el sensor de te$3erat)ra 3re*ia$ente insertado a la interase :70 Inte%;ae.
Se0)ida$ente 3ro&ede$os a &on/0)rar di&9o sensor 3ara lo &)al 9a&e$os doble &li& sobre el i&ono CON-IGRACION y &on/0)ra$os el de te$3erat)ra 3ara 7)e re0istre )n 3eriodo de $)estreo de ," 2 en I. L)e0o 3resione el i&ono del SENSOR DE TEMPERATRA l)e0o sele&&ione n)<%#o y &a$bie a + &iras des3)4s de la &o$a de&i$al se05n datos 3ro3or&ionados 3or el abri&ante el sensor $ide en el ran0o de J#< C a ,#< C &on )n 3aso de ".", C. Una *e2 &alibrado el sensor arrastra$os el i&ono G%!9o sobre el i&ono sensor de te$3erat)ra y sele&&iona$os la 0r%/&a te$3erat)ra *s tie$3o l)e0o deter$ina la te$3erat)ra a$biental T " del laboratorio 3ara lo &)al $ide d)rante #" se0)ndos &on el sensor de te$3erat)ra en el aire y l)e0o &al&)la el 3ro$edio. Una *e2 anotado
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este dato borra$os la 0ra/&a y la $edi&i=n de n)estros datos. Retire el sensor de te$3erat)ra. A9ora inserta$os el sensor de 3resi=n absol)ta. Entra$os al i&ono CON-IGRACION l)e0o sele&&ione *elo&idad de $)estreo a ," 2 l)e0o *aya a op#ones y en $)estreo $an)al sele&&ione onse%a% a"o%es $e $atos so"o s# se so"##ta. Reno$bre la $edida a to$ar &o$o *ol)$en y las )nidades en $L se05n &o$o lo 3)ede *er en la /0)ra 6.,
-#()%a. ,.1. Con/0)ra&i=n del sensor.
Al e$3e2ar la 0raba&i=n de los datos a3are&er% )na *entana en la &)al deber% 3oner el *alor del *ol)$en y as> en &ada *alor 7)e sele&&iones entre H" $L y +< $L el siste$a 0rabar% solo en el $o$ento 7)e se a&e3te el *alor. Para /nali2ar la 0raba&i=n se sele&&ionar% e i&ono de &olor ro1o al &ostado del i&ono CONSERVAR. 'rabe &on )n 3aso de < $L e$3e2ando de H" $L. Ase(=%ese >)e no e8#stan ;)(as en "as one8#ones? $e eso $epen$e "os %es)"ta$os $e s) e8pe%#ento.
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-#()%a. ,.. Gonta1e e83eri$ental.
Obten0a la 0ra/&a de 3resi=n en )n&i=n del *ol)$en @0ra/&a ,- Posterior$ente de/na la *ariable Ine%sa $e" o")en en la &al&)ladora l)e0o le*ante )n 0r%/&o de 3resi=n absol)ta @?Pa- *s in*ersa del *ol)$en @,$L- @0ra/&a +-. Ase05rese de 9a&er el &orre&to $onta1e &o$o el de la /0)ra 6.#.
-#()%a. ,.3. C)r*as obtenidas en el e83eri$ento. Para dar *alide2 a los datos obtenidos de la se0)nda 0ra/&a se a3li&ar% el a1)ste lineal y se debe tener el *alor de ". = ,.""" en el &oe/&iente de &orrela&i=n. ,. Dete%#na#2n $e" t%a&a'o en )n p%oeso #sot<%#o.
Use el 0ra/&o , 3ara deter$inar el %rea deba1o de la &)r*a la &)al re3resenta el traba1o reali2ado sobre el aire &ontenido dentro de la 1erin0a.
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Traba1o M Area ba1o la &)r*a M P@ J i- M J 6,,".<, IPa .$l
,.3 Dete%#na#2n $e" n=e%o $e o"es $e a#%e $ent%o $e "a 'e%#n(a.
Deter$ine el n5$ero de $oles )tili2ando el *alor de la 3endiente y la e&)a&i=n @,- de )na 0r%/&a de *ol)$en en )n&i=n @te$3erat)ra3resi=n-. Se determinó el número de moles utilizando el valor de la pendiente y la ecuación 1! de una "r#$ica de volumen en $unción presión%inversa volumen!&
PV 4 n @ R @ T n 4 PV * R @ T
PV 4 Pen$#ente $e "a (%!9a
n 4 ,310 Pa." * 5:.31, Pa."*o". @ 300.:7 6 n 4 1. o"es . C)est#ona%#o
<.,
Co$3are el traba1o en or$a 3or&ent)al el 9allado en 6.+ y la e&)a&i=n M n R T ln@ i-& E83li7)e las dieren&ias W = 1.72 * 8.31 * 300.85 * ln (22/60) W = -4314.3086 kPa.mL -------------- Valor Expr!mn"al W = 4310 kPa.mL ---------------------- Valor #$r!%o
<.+
El *alor obtenido del n5$ero de $oles en 6.# es a&e3table E83li7)e. allar )n *alor te=ri&o del n5$ero de $oles &ono&iendo s) te$3erat)ra densidad del aire altit)d 3resi=n at$os4ri&a y *ol)$en ini&ial. Presi*n atmosf+rica Arequipa , &.% 0Pa 'emperatura , "##.1 3olumen , # m4 n , P 5 3 / 6 5 ' n , (&.%) (#) / (1."%$) ("##.1) n , %.1% moles -------- 3alor te*rico n , %.&% moles -------- 3alor e7perimental 8 Error , ((%.1% 9 %.&%) / %.1%) 5 %## 8 Error , .2
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<.#
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Si 0ra/&a ol)$en *s in*ersa de la 3resi=n Q)4 ti3o de a1)ste le to&a 9a&er a9ora Q)4 si0ni/&ado >si&o 3osee la 3endiente En este tipo de gr;ca la ra<*n es de proporcionalidad entre el =olumen > la in=ersa de la presi*n? es decir? si el =olumen aumenta? la in=ersa de la presi*n tami+n. Cada isoterma representa una l@nea recta? cu>a relaci*n matemtica es >, a7 . Entonces el =olumen estar@a dado por: 3 , 0 5 %/P onde? 0 es la pendiente de la recta > dee de ser una constante.
<.6
QSe &)$3le la ley de Boyle QPor 7)4. F)nda$ente s) res3)esta. i se cumple la le> de Bo>le? porque a medida que el =olumen de la eringa disminu>e? la presi*n aumenta en proporci*n > temperatura constante en todo el e7perimento
<.<
En la reali2a&i=n de esta 3r%&ti&a QC)%l )e el &o$3orta$iento de la te$3erat)ra del aire dentro de la 1erin0a. E83li7)e $ediante )n 0r%/&o. egDn el gr;co temperatura =s =olumen? a medida que el =olumen fue disminu>endo la temperatura aumentaa ligeramente e7ceptuando una ligera 33
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disminuci*n cuando el =olumen fue de #? $ > "# ml? pero en general se mantu=o uniforme.
<.H
Si en la 3re0)nta anterior la te$3erat)ra se 3odr>a de&ir 7)e )e &onstante si es as>. QC)%l es el &a$bio de s) ener0>a interna del siste$a. G)estre el *alor. En un proceso isot+rmico la =ariaci*n de la energ@a depende de la =ariaci*n de la temperatura. Como esta es # entonces no e7iste =ariaci*n de la energ@a interna? > el calor =iene a ser el traao del sistema. , -F 3ariaci*n de la Energ@a nterna , #
<.K
'ra/7)e y des&riba otros 3ro&esos ter$odin%$i&os @)tili&e 0r%/&os y es7)e$as- y QC=$o estos se 3odr>an i$3le$entar en el laboratorio.
. PROBLEMAS
ab&d-
H.,
S)3on0a 7)e +.H" $oles de )n 0as ideal de *ol)$en ,M#.<" $# a T,M+" I se e83anden isot4r$i&a$ente a +MK."" $# a T+M+" I. Deter$ine a- el traba1o 7)e reali2a el 0as b- el &alor a0re0ado al 0as y @&- el &a$bio en la ener0>a interna del 0as.
H.+
Se &o$3ri$e )n $ol de aire en &ondi&iones est%ndar $ediante )n 3ro&eso isoter$o 9asta red)&ir s) *ol)$en a la $itad l)e0o se e83ande adiab%ti&a$ente 9asta re&)3erar s) 3resi=n ini&ial. A$bos 3ro&esos son &)asiest%ti&os. alle
La te$3erat)ra /nal El traba1o total reali2ado 3or el 0as El &alor total absorbido 3or el 0as La *aria&i=n de ener0>a interna
:. APLICACI/N A LA ESPECALDAD @Se 3resenta dos a3li&a&iones del tea %ea"#a$o a3li&ados a s) es3e&ialidad7.1.-Mantenimiento de Turbinas de Vapor
4a ma>or parte de la energ@a generada en el mundo se produce con turinas de =apor. e trata de un equipo rousto? ien conocido > mu> e7perimentado. Casi la ma>or parte de los prolemas que puede tener se conocen ien? > se conoce adems como solucionarlos. Por ello? respetar las instrucciones de operaci*n > reali
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adecuado conduce a una alta disponiilidad > a aos costes de mantenimiento.
LA TRBINA DE VAPOR? N EFIPO BIEN CONOCIDO La t)rbina de *a3or de )na 3lanta de 3rod)&&i=n de ener0>a es )n e7)i3o sen&illo y &o$o $%7)ina ind)strial es )na $%7)ina $ad)ra. La t)rbina de *a3or es )na $%7)ina $)y &ono&ida 3ara los diseadores &onstr)&tores instaladores y $antenedores. Se &ono&e &asi todo de ella y de 9e&9o $%s del K" de la ener0>a el4&tri&a 0enerada en el $)ndo se 3rod)&e diaria$ente &on t)rbinas de *a3or. El )n&iona$iento es $)y sen&illo: se introd)&e *a3or a )na te$3erat)ra y 3resi=n deter$inadas y este *a3or 9a&e 0irar )nos %labes )nidos a )n e1e rotor a la salida de la t)rbina el *a3or 7)e se introd)1o &on )n ni*el ener04ti&o deter$inado tiene )na 3resi=n y )na te$3erat)ra inerior es de&ir 9a &edido ener0>a. Parte de la ener0>a 3erdida 3or el *a3or se e$3lea en $o*er el rotor. Ne&esita ta$bi4n de )nos e7)i3os a)8iliares $)y sen&illos &o$o )n siste$a de l)bri&a&i=n de reri0era&i=n )nos &o1inetes de ri&&i=n )n siste$a de re0)la&i=n y &ontrol y 3o&o $%s. As> de si$3le.
La t)rbina es )n e7)i3o tan &ono&ido y tan rob)sto 7)e si no se 9a&en barbaridades &on 4l tiene )na *ida 5til lar0)>si$a y e8enta de 3roble$as. Eso s> 9ay 7)e res3etar &in&o nor$as $)y sen&illas: • •
•
•
Utili2ar )n *a3or de las &ara&ter>sti&as >si&oJ7)>$i&as a3ro3iadas Res3etar las instr)&&iones de o3era&i=n en arran7)es d)rante la $ar&9a y d)rante las 3aradas del e7)i3o i0ilar $)y es3e&ial$ente el a&eite de l)bri&a&i=n. Reali2ar an%lisis 3eri=di&os y &o$3robar 7)e la &alidad del a&eite s) 3resi=n te$3erat)ra y 3resen&ia de &onta$inantes est% dentro de los $%r0enes ade&)ados Res3etar las &onsi0nas de 3rote&&i=n del e7)i3o @*alores de alar$a y dis3aro 3ara &ada )no de los 3ar%$etros &ontrolados 3or el siste$a de &ontrol-. Si la t)rbina da al05n s>nto$a de $al )n&iona$iento @*ibra&iones te$3erat)ras ele*adas alta de 3oten&ia et&- 3arar y re*isar el e7)i3o: n)n&a sobre3asar los l>$ites de deter$inados 3ar%$etros 3ara 3oder se0)ir &on ella en 3rod)&&i=n o in&l)so 3ara 3oder arran&arla. 35
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•
•
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Reali2ar los $anteni$ientos 3ro0ra$ados &on la 3eriodi&idad 3re*ista. Si se 3rod)&e )na 3arada 3or al0)na &a)sa in*esti0ar y sol)&ionar el 3roble$a antes de 3oner el e7)i3o en $ar&9a n)e*a$ente. Son nor$as $)y sen&illas y sin e$bar0o &asi todos los 3roble$as 7)e tienen las t)rbinas 0randes o 3e7)eas se deben a no res3etar al0)na o al0)nas de esas &in&o sen&illas nor$as.
7.2.-Mantenimiento de un Compresor
Un &o$3resor es )na $%7)ina de )idos 7)e est% &onstr)ida 3ara a)$entar la 3resi=n y des3la2ar &ierto ti3o de )idos lla$ados &o$3resibles tal &o$o lo son los 0ases y los *a3ores. Esto se reali2a a tra*4s de )n inter&a$bio de ener0>a entre la $%7)ina y el )ido en el &)al el traba1o e1er&ido 3or el &o$3resor es transerido a la s)bstan&ia 7)e 3asa 3or 4l &on*irti4ndose en ener0>a de )1o a)$entando s) 3resi=n y ener0>a &in4ti&a i$3)ls%ndola a )ir. Al i0)al 7)e las bo$bas los &o$3resores ta$bi4n des3la2an )idos 3ero a dieren&ia de las 3ri$eras 7)e son $%7)inas 9idr%)li&as 4stos son $%7)inas t4r$i&as ya 7)e s) )ido de traba1o es &o$3resible s)re )n &a$bio a3re&iable de densidad y 0eneral$ente ta$bi4n de te$3erat)ra a dieren&ia de los *entiladores y los so3ladores los &)ales i$3)lsan )idos &o$3resibles 3ero no a)$entan s) 3resi=n densidad o te$3erat)ra de $anera &onsiderable.
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OBJETIVOS
Los &o$3resores son a$3lia$ente )tili2ados en la a&t)alidad en &a$3os de la in0enier>a y 9a&en 3osible n)estro $odo de *ida 3or ra2ones &o$o: VSon 3arte i$3ortant>si$a de $)&9os siste$as de reri0era&i=n y se en&)entran en &ada reri0erador &asero y en in/nidad de siste$as de aire a&ondi&ionado. VSe en&)entran en siste$as de0enera&i=n de ener0>a el4&tri&a tal &o$o lo es el Ci&lo Brayton. VSe en&)entran en el interior $)&9os W$otores de a*i=nW &o$o lo son los t)rborrea&tores y 9a&en 3osible s) )n&iona$iento. VSe 3)eden &o$3ri$ir 0ases 3ara la red de ali$enta&i=n de siste$as ne)$%ti&os los &)ales $)e*en %bri&as &o$3letas.
H. OBSERVACIONES
,.J Se obser*= 7)e a tra*4s de las &o$3ara&iones de =r$)las 3ode$os ded)&ir el si0ni/&ado de la 3endiente dado el e83eri$ento. As> &o$o 3or e1e$3lo el si0ni/&ado de la 3endiente 7)e era el traba1o e1er&ido en el siste$a 3ara esta e83erien&ia nos ay)daba a 3oder en&ontrar el n5$ero de $oles. +.J Los 0ases son $)&9o $%s sen&illos 7)e los l>7)idos y los s=lidos. #.J El $o*i$iento $ole&)lar de los 0ases es total$ente aleatorio y las )er2as de atra&&i=n entre s)s $ol4&)las son tan 3e7)eas 7)e &ada )na de las otras. 6.J
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10.
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CONCLSIONES 5En &ase a "os o&'et#os $a$os6
,.J Al dis$in)ir el *ol)$en y $antener la te$3erat)ra &onstante la 3resi=n a)$enta 3or otro lado al a)$entar el *ol)$en y $antener la te$3erat)ra &onstante la 3resi=n dis$in)ye rea/r$ando as> la Ley de Boyle. Donde la Ley de Boyle estable&e 7)e a te$3erat)ra &onstante el *ol)$en y la 3resi=n de )n 0as son in*ersa$ente 3ro3or&ionales. P.MCONSTANTE. +.J Al deter$inar la Ley de Boyle se deter$ina &lara$ente el traba1o reali2ado sobre el siste$a isot4r$i&o al deter$inar en el 0ra/&o la 3resi=n y el *ol)$en &onstantes. #.J El si0ni/&ado de la 3endiente 7)e era el traba1o e1er&ido en el siste$a 3ara esta e83erien&ia nos ay)daba a 3oder en&ontrar el n5$ero de $oles. 6.J Se lo0r= &on/0)rar e i$3le$entar e7)i3os 3ara to$a de datos e83eri$entales y reali2ar )n an%lisis 0r%/&o )tili2ando &o$o 9erra$ienta el sot;are Data St)dio. <.J Se )tili2= el sot;are PASCO Ca3stoneTG 3ara *eri/&a&i=n de 3ar%$etros estad>sti&os res3e&to a la inor$a&i=n re0istrada. 11.
BIBLIOGRA-IA 5se(=n ;o%ato $e "a APA6
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