UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE PANAMA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA DEPARTAMENTO DE ENERGÍA Y AMBIENTE GUÍA DE LABORATORIO
Curso: Termodinámica I Laboratorio Propiedades de los Gases Objetivo General : Estudiar el comportamiento de los gases bajo diferentes condiciones de temperatura. Objetivos Específicos :
(1) Medir con un anemómetro diferentes condiciones de velocidad y temperatura del aire. (2) Utilizar la ecuación de estado de gas ideal y la carta de compresibilidad generalizada de Nelson-Obert a partir de los valores medidos. (3) Explicar la relación que existe entre la Velocidad del aire “V”, densidad y su temperatura “T” (4) Extender el estudio a otros gases bajo el supuesto de existir bajo las condiciones de temperatura medidas. Metas: Al finalizar finalizar esta experienci experiencia a el estudiante estudiante debe ser capaz de: Saber distinguir cuando utilizar la ecuación de estado de gas gas ideal, y a partir de esta predecir el comportamiento comportamiento esperado aire y otros gases. Utilizar la Gráfica de compresibilidad generalizada de Nelson-Obert Utilizar el anemómetro en los diferentes sistemas de unidades.
Contenidos Principales : Se revisarán los siguientes conceptos: (1) Definición y característica de un gas ideal. (2) Ecuación de estado de gas ideal. (3) Carta de compresibilidad generalizada de Nelson-Obert Nelson-Obert (4) Tipos de medidores de velocidad para un fluido compresible (gases) y sus características (5) Ecuación que presenta la variación de la densidad del aire a diferentes alturas, medidas a partir del nivel del mar.
Organización de los grupos de trabajo: Los estudiantes trabajarán en subgrupos de 3 a 5 aproximadamente, y confeccionarán el borrador de la experiencia realizada. Los resultados de cada subgrupo se discuten al final con todos los grupos. Recursos: Anemómetro, Termómetro Metodología: La experiencia se realizará en una sesión. En esta se explicara la experiencia. Seguido de un periodo de discusión conducido por el instructor. Luego se subdivide el subgrupo de laboratorio en subgrupos de 3 estudiantes, los cuales procederán a determinar las 3 áreas en las cuales se realizaran las mediciones. Se reunirán posteriormente fuera de clase y realizaran un informe el cual entregaran la siguiente sesión. Procedimiento:
1. Con el aire apagado mida la temperatura en el laboratorio y consulte en una página web la presión atmosférica local al momento de hacer la medición. 2. Encienda la unidad de aire acondicionado y registre la temperatura cada tres minutos hasta completar cinco lecturas. NO abra la puerta durante el período de medición. 3. Mida la temperatura del aire en tres zonas o lugares con condiciones de temperatura diferente, pero con la misma presión atmosférica. 4. Varíe la velocidad del aire y mida la temperatura del aire correspondiente a cada velocidad. Resultados Esperados:
1. Calcule la masa y densidad del aire en el laboratorio bajo condiciones ambientales. 2. Calcule la presión para cada medición, utilizando la ecuación de estado de gas ideal y la carta de compresibilidad generalizada. Según los registros de temperatura obtenidos en el segundo paso. 3. Calcule la densidad del aire en las zonas seleccionadas, usando los valores de temperatura medidos en el tercer paso. 4. Calcule la densidad del CO 2, H2, CO, O2 a las mismas condiciones del punto anterior. (escoja una zona de referencia). 5. Presente un gráfico de Temperatura del aire en función de su velocidad. 6. Determine la ecuación aproximada de la curva encontrada en el punto anterior.
Con esta información conteste las preguntas siguientes:
1. ¿Qué pasa con la densidad del aire cuando este se calienta? ¿Qué pasa cuando se enfría? 2. ¿Cuál de los gases (CO 2, CO, H2, O2) es más pesado que el aire, a las mismas condiciones de Temperatura y Presión?¿Cuál es el más liviano? 3. ¿Cuál sería la temperatura del aire si su velocidad se incrementara en un 20% de su máximo valor medido anteriormente? ¿Cuál sería, si se disminuye la velocidad en un 5% de su mínimo valor anterior? 4. ¿Al aumentar la velocidad del aire, se enfría? 5. ¿Qué le pasaría al vapor de agua que contiene el aire, si éste se moviera a velocidades supersónicas? 6. ¿Qué le pasaría a la densidad del aire, si duplicamos su presión a nivel del mar, y mantenemos su temperatura ambiental de 90 ºF? ¿Qué le pasaría si disminuimos su presión ambiental a nivel del mar, a la misma temperatura? 7. ¿A 35,000 pies de altura por encima del nivel del mar, el aire es más pesado? ¿Porque? Conclusión: Evaluación Sugerida:
Cada estudiante deberá profundizar en los temas tratados en la experiencia y esta deberán ser evaluados por el instructor, deberá entregar informe que será evaluado por el instructor. Recurso Bibliográfíco: Internet Yunus Cengel y Michael Boles. Termodinámica. 6ta Ed. Mc. Graw-Hill, Mexico, 2008.
