Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán Campo 4 Laboratorio de Máuinas !érmicas "ráctica No# $ % &ELAC'(N EN!&E LA "&ES'(N ) LA !EM"E&A!U&A *EL +A",& *E A-UA &ui. &am/re. 0os1ua Adrian No# Cuenta# 42435564 "ro7# "ro7# 0,SE &'CA&*, L,"E8 0'MENE8 -rupo9 26:;<
*/as9 lunes = miércoles >orario9 2933 % $3933 Objetivo.
Investigar la relación entre la Temperatura y Presión de vapor de agua. Introducción.
La presión y la temperatura absoluta de un gas a volumen constante, guardan una relación proporcional. Esta relación fue determinada originalmente por G. Amonton, quien en !"# fabricó un termómetro de gas basado en este principio. $o obstante, por los estudios que reali%ó Gay&Lussac en '"(, la ley lleva su nombre. En un recipiente r)gido, a volumen constante, la presión se dobla al duplicar la temperatura absoluta.
la e*presión matem+tica y la gr+fica que le representan son
La presión del gas es directamente proporcional a su temperatura • •
-i aumentamos la temperatura, aumentar+ la presión. -i disminuimos la temperatura, disminuir+ la presión.
¿Por qué ocurre esto?
Al aumentar la temperatura las molculas del gas se mueven m+s r+pidamente y por tanto aumenta el n/mero de c0oques contra las paredes, es decir aumenta la presión ya que el recipiente es de paredes fi1as y su volumen no puede cambiar. Gay&Lussac descubrió que, en cualquier momento de este proceso, el cociente entre la presión y la temperatura siempre ten)a el mismo valor P T
=
k
2el cociente entre la presión y la temperatura es constante3 -upongamos que tenemos un gas que se encuentra a una presión P y a una temperatura T al comien%o del e*perimento. -i variamos la temperatura 0asta un nuevo valor T(, entonces la presión cambiar+ a P(, y se cumplir+
que es otra manera de e*presar la ley de Gay&Lussac. Esta ley, al igual que la de 40arles, est+ e*presada en función de la temperatura absoluta. Al igual que en la ley de 40arles, las temperaturas 0an de e*presarse en 5elvin. Material y Equipo.
6nidad Presión 7 Temperatura del banco de pruebas de vapor, el cual est+ compuesto de un cilindro conectado a la fuente de vapor. En la parte superior una v+lvula regula la entrada de vapor, el flu1o de vapor se regula con una v+lvula de agu1a colocada en la parte inferior del cilindro, de este sale una cone*ión a un aparato que grafica la presión y temperatura a un mismo tiempo. La unidad consta
tambin de un termómetro y un manómetro para censar la temperatura y presión del vapor.
Procedimiento.
& 4onectar el equipo a la tuber)a del vapor y abrir la v+lvula superior. & Estrangular a la salida del cilindro a la presión deseada y esperar suficiente tiempo para obtener condiciones estables. & Anotar temperatura y presión de vapor. & A1ustar a una nueva presión usando la v+lvula de estrangulamiento y esperar suficiente tiempo para obtener condiciones estables. & Anote temperatura y presión de vapor. & 8epita este procedimiento 0asta alcan%ar la m+*ima presión 2# bar3
& 9abiendo alcan%ado la m+*ima presión, tome una serie de lecturas reduciendo la presión, tomando el suficiente tiempo en cada etapa para alcan%ar condiciones estables. & Grafique la temperatura 2y3 contra la Presión 2*3 para los siguientes casos a3 Incrementando la Presión. b3 :isminuyendo la presión. c3 Tablas de vapor para el rango de presión usado Tabla de atos. P8E-I;$ 2bar3 Aumentando
TE
Tablas de vapor
Aumentando
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-rá?ca !emp# vs "resión# 4 3.5 3 2.5
"resión
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2
3
!emp# 145.6 ºC
148.9 ºC
149.7 ºC
de
$uestionario. %.& ¿'ué es un estado? ¿'ué es una propiedad?
En
f)sica
y
qu)mica
se
observa
que, para
cualquier
sustancia
o
me%cla, modificando sus condiciones de temperatura o presión, pueden obtenerse distintos estados o fases, denominados estados de agregación de la materia, en relación con las fuer%as de unión de las part)culas 2molculas, +tomos o iones3 que la constituyen. Todos
los
estados
de
agregación
poseen
propiedades y caracter)sticas diferentesF los m+s conocidos y observables cotidianamente
son
cuatro, llamados fases sólida, l)quida, gaseosa y
plasm+tica. 6na sustancia se identifica y distingue de otras por medio de sus propiedades cualidades f)sicas y qu)micas. Las propiedades son las diversas formas en que impresionan los cuerpos materiales a nuestros sentidos o a
los instrumentos de medida. As) podemos diferenciar el agua del alco0ol, el
0ierro del oro, a%/car de la sal, etc. (.& ¿'ué es una )ase? ¿'ué es el omo de *apor?
En termodin+mica y qu)mica, se denomina fase 2del lat)n p0ase partes o fase3 a cada
una
de
las
%onas
macroscópicas
del
espacio
de
una
composición qu)mica, y sus propiedades f)sicas 0omogneas, que forman un sistema. Los sistemas monof+sicos se denominan 0omogneos, y los que est+n formados por varias fases se denominan me%clas o sistemas 0eterogneos. -e debe distinguir entre fase y estado de agregación de la materia. Por e1emplo, el grafito y el diamante son dos formas alotrópicas del carbonoF son, por lo tanto, fases distintas, pero ambas pertenecen al mismo estado de agregación 2sólido3. Tambin es frecuente confundir fase y micro constituyenteF por e1emplo, en un acero cada grano de perlita es un micro constituyente, pero est+ formado por dos fases, ferrita y cementita. Los l)quidos provenientes de
diferentes reacciones suelen contener diferentes fases, es decir, dos o m+s l)quidos que se separan tras un corto tiempo en reposo, generalmente se obtiene una fase acuosa y otra org+nica. 6na fase posee caracter)sticas f)sicas y qu)micas relativamente 0omogneas y puede constar de uno o varios compuestos. -in embargo, cuando las propiedades de otro o m+s compuestos difieren en tal grado que de1an de ser compatibles, entonces 0ay separación de fases. Esta caracter)stica se observa, por e1emplo, al me%clar agua y aceite y de1arlos reposar unos minutos. -e observa una l)nea divisoria
o
interface, dado
que
estos
materiales no son compatibles y se separan en fases. :omo de >apor 6n estado en el que empie%a a terminar un cambio de fase se denomina
estado
saturado. La región con forma de domo compuesta de estados bif+sicos l)quido&vapor recibe el nombre de domo de vapor. +.& ¿'ué es un vapor sobrecalentado? ¿'ué es un estado supercr,tico? ¿'ué es un l,quido saturado? ¿'ué es un vapor saturado?
>apor sobrecalentado El vapor sobrecalentado es el gas que se encuentra por encima de su temperatura cr)tica, pero por deba1o de su presión cr)tica. Estado -upercr)tico
es
un
estado
que
genera
condiciones
de
presión
y
temperatura superior a un punto cr)tico que se comporta como un 0)brido entre un l)quido y un gasH, es decir, puede difundir como un gas 2efusión3, y disolver sustancias como un l)quido 2disolvente3. L)quido y >apor saturado En la situación de equilibrio, las fases reciben la denominación de l)quido saturado y vapor saturado. Esta propiedad posee una relación inversamente proporcional con las
fuer%as
de
atracción intermolecular, debido a que cuanto mayor sea el
módulo de las mismas, mayor deber+ ser la cantidad de energ)a entregada 2ya sea en forma de calor u otra manifestación3 para vencerlas y producir el cambio de estado. -.& ¿'ué sucede cuando un l,quido saturado se calienta a presión constante? ¿'ué sucede cuando se en#r,a a presión constante?
a1o ciertas condiciones de equilibrio se les puede inducir un cambio de fase, eso ayuda a aprovec0ar su energ)a de una me1or manera.
.& ¿Por qué el l,quido y el vapor en una me/cla de una misma sustancia tienen la misma presión y la misma temperatura?
Esto se debe a que pueden estar en distintos estados de agregación de la materia pero en la misma fase, ba1o condiciones espec)ficas. 0.& ¿'ué datos de propiedades termodin"micas se encuentran en los manuales de qu,mica o in1enier,a?
Las propiedades que se encuentran dependen de las tablas y de los compuestos o sustancias que se requieran, generalmente son & :ensidad & >olumen especifico & Peso especifico & :ensidad especifica & Presión & Temperatura & Entalpia & Entrop)a 2.& ¿Por qué es m"s #"cil tabular los estados de saturación que los de vapor sobrecalentado o l,quido sub&en#riado?
Porque en los estados de saturación la presión siempre es directamente proporcional a la temperatura y en los estados de vapor sobrecalentado y l)quido sub&enfriado, para una temperatura siempre va a ver una diferente presión y crecen en forma e*ponencial.
$onclusiones.
En esta pr+ctica pudimos observar el funcionamiento del graficado de presión y temperatura, a pesar de que no se encontraba en las me1ores condiciones de funcionamiento pudimos observar la relación que e*iste entre presión y temperatura en un proceso. Al inicio fue complicado dar lectura a los gr+ficos arro1ados, pero al estabili%arse el dispositivo pudimos ver con claridad como varia la temperatura en función de la presión. 3iblio1ra#,a. %. Manual del banco de pruebas de vapor. (. Termodin"mica.
>igil
8eynolds y Perins.
Gordon ?. >an ylen y 8ic0ard E. -ontang Editorial. Limusa&Kiley
