Laboratorio 1 - sistemas termodinamicos y sus alrededores PDF

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EXPERIENCIA REALIZADA: ABRIL DE 2019UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PANAMÁFACULTAD DE INGENIERÍA INDUSTRIALLABORATORIO #1: SISTEMA TERMODINÁMICO Y ALREDEDORESASIGNATURA: TERMODINÁMICA I(CÓDIGO : 3050)Objetivo General: Adquirir destreza en el planteamiento preliminar a un análisis termodinámico. Objetivos...

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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PANAMÁ

FACULTAD DE INGENIERÍA INDUSTRIAL

LABORATORIO #1: SISTEMA TERMODINÁMICO Y ALREDEDORES

ASIGNATURA: TERMODINÁMICA I (CÓDIGO : 3050)

EXPERIENCIA REALIZADA: ABRIL DE 2019

Objetivo General: Adquirir destreza en el planteamiento preliminar a un análisis termodinámico. Objetivos Específicos (1) Identificar el sistema termodinámico, sus fronteras y su entorno. (2) Determinar el tipo de modelado requerido en cada caso. METAS: El estudiante debe ser capaz de: 1. Identificar un sistema termodinámico, fronteras y entorno. 2. Hacer un análisis termodinámico. 3. Saber utilizar los conceptos de sistema cerrado, masa de control, sistema abierto y cerrado. Contenidos Principales: Se revisarán los siguientes conceptos: (1) Sistema termodinámico, alrededores y fronteras. (2) Sistema cerrado o masa de control y sistema abierto o volumen de control. INTRODUCCIÓN: Un sistema es una cantidad de materia o una región en el espacio elegida para análisis. La masa o región fuera del sistema se conoce como alrededores. La superficie real o imaginaria que separa al sistema de sus alrededores se llama frontera. La frontera de una sistema puede ser móvil o fija. En términos matemáticos, la frontera tiene un espesor cero y, por tanto, no puede contener ninguna masa ni ocupar un volumen en el espacio. Los sistemas se pueden considerar cerrados o abiertos, dependiendo de si se elige para estudio una masa fija o un volumen fijo en el espacio. Un sistema cerrado o masa de control consta de una cantidad fija de masa y ninguna otra puede cruzar su frontera. Pero la energía, en forma de calor o trabajo puede cruzar la frontera; y el volumen de un sistema cerrado no tiene que ser fijo. Si, como caso especial, incluso se prohíbe que la energía cruce la frontera, entonces es un sistema aislado. Un sistema abierto, o volumen de control, es una región elegida apropiadamente en el espacio y tanto la masa como la energía pueden cruzar la frontera pueden cruzar la frontera de un volumen de control.

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. Metodología y Procedimiento: Metodología: Esta sesión de laboratorio consiste en una práctica en la cual se le plantearan al estudiante diferentes situaciones en la que se requiere hacer un análisis termodinámico. Los estudiantes analizaran y discutirán cada situación de acuerdo a los estudiado en clases y responderán según se describe en el procedimiento. El cuestionario deberá ser entregado al profesor una vez terminada la sesión. Procedimiento: Estudie detenidamente cada figura sugerida. Lea cuidadosamente la pregunta relacionada a cada caso. Seleccione de acuerdo a la pregunta el sistema termodinámico, los alrededores del sistema y sus fronteras e indique si el análisis se realiza bajo el supuesto de una masa de control o de un volumen de control. NO responda la pregunta. Caso I. 1.1 ¿Cuándo se enfría la comida? Sistema Termodinámico Comida

caliente

(cerrado)

Alrededores

del

sistema: 1.

Aire dentro de la nevera a 6° C

2.

Aire afuera de la nevera a 30° C

3.

Repisa debajo de la olla Fronteras:

1. Paredes de la olla 2. Parte de debajo de la olla 3. Paredes de la nevera Modelo utilizado para el análisis: masa de control 1.2. ¿La temperatura de 6º C podría incrementarse hasta 10ºC? Sistema Termodinámico Aire dentro de la nevera (abierto) Alrededores del sistema:

1.

Aire a 30°C

2.

Olla con comida

3.

Aire a 5°C dentro de las gavetas de abajo Fronteras:

1. Paredes de la nevera 2. Repisa de la nevera (que la separa de las gavetas) 3. Olla con comida Modelo utilizado para el análisis: volumen de control (abierto) Caso 2. 2.1 ¿Se expandirá o contraerá el hierro al transferirse la energía? Sistema Termodinámico: Hierro (cerrado) Alrededoresdel sistema: 1.

Agua a 30° C

2.

Paredes que rodean el agua

3.

Aire afuera a 20° C

Fronteras: 1. Contacto entre agua y hierro 2. Contacto entre hielo y la caja 3. Paredes de la caja Modelo utilizado para el análisis: masa de control (cerrado) 2.2 ¿En cuánto tiempo la temperatura de 30ºC se incrementa a 35ºC? Sistema Termodinámico: Agua dentro de la caja (cerrado) Alrededores del sistema: 1.

Hierro

2.

Caja

3.

Aire fuera de la caja a 20° C Fronteras:

1. Contacto entre el agua y la caja 2. Contacto entre el agua y el hierro 3. Piso de la caja Modelo utilizado para el análisis: masa de control (cerrado) 2.3 ¿En cuánto tiempo la temperatura de 350ºC, disminuye a 5ºC? Sistema Termodinámico: Hierro (cerrado) Alrededores del sistema: 1.

Agua a 30° C

2.

Paredes que rodean el agua

3.

Aire afuera a 20° C Fronteras:

1. Contacto entre agua y hierro 2. Contacto entre hielo y la caja 3. Paredes de la caja Modelo utilizado para el análisis: masa de control (hierro)

Caso 3: 3.1 ¿Se derretirá el hielo? Sistema Termodinámico: Bloque de hielo (abierto) Alrededores del sistema: 1. Aire a 18° C

2.

Mantel de la mesa

3.

Mesa Fronteras:

ontacto del hielo con el mantel

1. C 2. C

ontacto del aire con el hielo Modelo utilizado para el análisis: volumen de control (abierto) 3.2 ¿Se enfriara la mesa? Sistema Termodinámico: Mesa (abierto) Alrededores del sistema: 1. Hielo 2. Aire 3. Mantel Fronteras: 1. Mantel 2. Hielo 3. Aire 4. Piso Modelo utilizado para el análisis: volumen de control (abierto) Caso 4 4.1 ¿Cuál es la temperatura del agua en la salida del calentador? Sistema Termodinámico: Agua saliendo del calentador (abierto)

Alrededores del sistema 1.Calentador 2. Aire 3. Tubo Fronteras: 1. Boquilla de la regadera con el agua 2. Agua con el ambiente 3. Agua con el tubo de la regadera Modelo utilizado para el análisis: volumen de control (abierto) 4.2 ¿Cuál es la temperatura del agua en la entrada de la regadera? Sistema Termodinámico: Agua en la boquilla (abierto) Alrededores: 1.

Aire

2.

Bañera que se encuentra en el piso

3.

Boquilla Fronteras:

1. Tubo 2. Contacto del agua con el aire 3. Calentador de agua Modelo utilizado para el análisis: volumen de control (abierto) CONCLUSIÓN: Esta experiencia, fue de gran provecho para entender de manera práctica los sistemas termodinámicos mediante la descripción de propiedades como las fronteras, alrededores y cómo influyen en sistemas abiertos y cerrados, según la temperatura a la que sean expuestos, y cómo cambian en un cierto periodo de tiempo. Se desarrollaron destrezas analíticas para diferenciar los tipos de sistemas, ya que se tomaron varias consideraciones para decidir dichos aspectos. Cabe destacar que lo que provoca que un sistema sea abierto o cerrado no es el hecho de que esté encerrado o no, sino el intercambio de masa que ocurra en dicho sistema entre otros aspectos, por lo cual no nos debemos guiar siempre solamente por ver una puerta cerrada o abierta en el diagrama o figura. También

podemos mencionar que dependiendo de lo que estemos estudiando los alrededores y la frontera pueden cambiar y a la vez, dependiendo de cuáles sean las condiciones que queremos que tenga ese algo (como la temperatura) nuestro sistema puede cambiar. La teoría es un punto clave para poder entender las situaciones termodinámicas que se dan en la vida diaria, por tanto es importante entender e identificar conceptos como sistema, entorno, frontera y modelado. Todos los sistemas observados son situaciones de la vida real con los que podemos explicar fenómenos físicos del comportamiento de la materia evaluada. Evaluación Sugerida: -

Asistencia; Participación y aporte individual y de grupo en el desarrollo del laboratorio; Entrega de Reporte según indicaciones. Referencia:

Yunus A. Cengel y Michael A. Boles. TERMODINÁMICA. 6ta Edición. Mc. Graw Hill. 2008....