Manual (termodinámica básica) UANL FIME PDF

Preview

Summary

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓNFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICAINSTRUCTIVO DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO DETERMODINÁMICA BÁSICACOORDINACIÓN DE INGENIERA MECÁNICAM. David Garza CastañoDr. Arturo Morales FuentesM. Miguel García YeraM. Yumei Mata Hi**Enero  2019 **IHOJA DE IDENTIF...

Description

UNIVERSIDADAUTÓNOMADENUEVOLEÓN FACULTADDEINGENIERÍAMECÁNICAYELÉCTRICA   INSTRUCTIVODEPRÁCTICASDELABORATORIODE TERMODINÁMICABÁSICA  

  COORDINACIÓNDEINGENIERAMECÁNICA  M.C.DavidGarzaCastaño Dr.ArturoMoralesFuentes M.C.MiguelGarcíaYera M.A.YumeiMataHi  Enero2019

 HOJADEIDENTIFICACIÓN  INSTRUCTIVODEPRÁCTICASDELABORATORIODE TERMODINÁMICABÁSICA   Nombredelalumno:___________________________________________  Matrícula:____________________________________________________  Brigada:______________________________________________________  Instructor:_____________________________________________________  PeriodoEscolar:________________________________________________    CalificaciónFinal:_____________  I 

ÍNIDICE  ReglamentodeseguridadII  UNIDADTEMATICA1.PROPIEDADESDEUNSISTEMATERMODINÁMICO No.1SistemasTermodinámicos1 No.2ProcesoTermodinámico7 No.3CambiodeFasedeunaSustanciaPura10 No.4EstadoTermodinámico14 No.5CalorEspecífico17  UNIDADTEMATICA2GASESIDEALES No.6GasIdealyGasReal20 No.7Energíainternadeungas23 No.8Trabajo26  UNIDADTEMATICA3APLICACIONESDELATERMODINÁMICA No.9Sistemasdeairecomprimido30  APENDICE Tablasdevapordeagua TablasdelrefrigeranteR‐134a Propiedadesdelairecomogasideal DiagramageneralizadodeNelson‐Obert II 

IT-8-ACM-04-R01

REGLAMENTO DE SEGURIDAD Fecha de última actualización: Agosto del 2018 No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Regla Riesgo o Sanción Con base en el calendario y horario de prácticas establecido, el profesor deberá procurar las llaves del laboratorio en el lugar N.A. designado para ello y firmar el reporte de prácticas realizadas durante la sesión Velar por el uso correcto de los equipos y sustancias inflamables y/o N.A. tóxicas utilizadas durante la práctica. Mantener el orden y la disciplina, aplicando las sanciones correspondientes a los alumnos que violen este reglamento o N.A. presenten conductas inadecuadas. Orientar, comprobar y supervisar las prácticas, y los experimentos N.A. que los estudiantes realicen. Cerrar las puertas, apagar las luces, apagar y desconectar los equipos de prácticas, así como cerrar la alimentación de gas y agua N.A. al terminar la práctica. Reportar al jefe de académica correspondiente, cualquier pérdida, REPOSICIÓN deterioro, rotura de equipos, mobiliarios, sustancias, etc. En el laboratorio no se pueden ingerir alimentos ni bebidas. DAÑO AL EQUIPO O AULA De acuerdo a los estatutos de la UANL, está prohibido fumar en los BAJA DEL LABORATORIO laboratorios y lugares cerrados de la institución. No ingerir ni oler las sustancias utilizadas en el laboratorio. ENVENENAMIENTO Las sustancias y materiales deberán estar debidamente ERRORES EN PRÁCTICA identificadas. DAÑO AL Los estudiantes no podrán iniciar las prácticas y/o experimentos sin la presencia, orientación y autorización del profesor EQUIPO/REPOSICIÓN EN CASO DE DAÑO correspondiente. Los depósitos de reactivos o cualquier otra sustancia deben ser DERRAME Y PERDIDA DE tapados inmediatamente después de ser utilizados. MATERIAL/REPOSICION Si algún equipo presenta alguna anomalía se debe reportar de inmediato al profesor responsable de la práctica para que sea MAL FUNCIONAMIENTO revisado por personal cualificado. ENVENENAMIENTO Y/O Si se trabaja con alguna sustancia tóxica y/o inflamable el profesor debe extremar las medidas de seguridad. QUEMADURA Los laboratorios deben contar con un botiquín de primeros auxilios N.A. En los fregaderos no se deben verter: sustancias tóxicas o DAÑO Y CONTAMINACIÓN inflamables. Los extintores de incendios se deben mantener normalizados y en REPORTE un lugar visible y de fácil acceso.

Después de terminada la práctica, el profesor debe garantizar 18 que los puestos de trabajo estén recogidos, ordenados y limpios, así como el laboratorio en general. Revisión No. 5

Vigencia a partir del: 01 de Agosto del 2016

REPORTE

 UNIDADTEMÁTICA1      SUSTANCIASPURAS      CompetenciasParticulares Determinar el estado en el que se encuentra un sistema termodinámico mediantelamedicióndepropiedadescomotemperatura,presión,volumen ymasaparaunaevaluacióndeuncambiodeenergía  

PrácticaNo.1 SistemasTermodinámicos  Elementosdecompetencia: Analizardiferentesdispositivosidentificandointeraccionesdemateriayformasdeenergía quecruzalafronteraparadistinguireltipodesistematermodinámico. Evidenciadeaprendizaje:Reportedepráctica1.Sistemastermodinámicos Criteriosdedesempeño:  Revisiónbibliográfica Desarrollodelapráctica(Observaciones,cálculos,gráficas) Conclusiones Bibliografía Limpiezayclaridadenlapresentación TOTAL

Ponderación

Obtenido

20% 30% 30% 10% 10% 100%

     

 Actividadesdeaprendizaje:Mediante unalecturareflexivay unseguimientoordenadode lassesionesdetrabajo,serespondeycompletaelinstructivodeprácticascomoseindica. Instruccionesrespondaycompletelassiguientespreguntas 1. Definicióndesistematermodinámico   2. Quéesunafronteraenunsistematermodinámico   3. Tiposdesistemastermodinámicos

1 

Desarrollodelapráctica: Observelossiguientesejemplos;identifiquelafrontera,tipodesistema,alrededoresy justifiquesurespuesta. Bombacentrífuga

Frontera:  Tipodesistema:  Alrededores:  Justificación:  

 Frontera:

 Parrillaelectrica

 Sistema:  Alrededores:  Justificación:   

 

2 

Frontera:

 Vasotérmico

 Sistema:  Alrededores:   Justificación:   





 Frontera:

Intercambiadordecalor(condensador)





Sistema:  Alrededores:  

 Justificación:   

3 

Caldera

Frontera:  Sistema:  Alrededores:    Justificación:   

Turbina

Frontera:  Sistema:  Alrededores:   Justificación:  

 

  4 

Enlosespaciosenblancoagregueunejemplodecadatipodesistema. Frontera:



 Sistema:  Alrededores:   Justificación:    Frontera:



 Sistema:  Alrededores:  Justificación:    

5 

Frontera:



 Sistema:  Alrededores:   Justificación:      Conclusiones:       Bibliografía: 

6 



PrácticaNo.2 ProcesoTermodinámico  Elementosdecompetencia:Analizarunsistemamedianteelcambiodepropiedades para describireltipodeprocesotermodinámico Evidenciadeaprendizaje:Reportedepráctica2.ProcesoTermodinámico Criteriosdedesempeño: 

Ponderación

Obtenido

20% 30% 30% 10% 10% 100%

     

Revisiónbibliográfica Desarrollodelapráctica(Observaciones,cálculos,gráficas) Conclusiones Bibliografía Limpiezayclaridadenlapresentación TOTAL

 Actividadesdeaprendizaje:Mediante unalecturareflexivay unseguimientoordenadode lassesionesdetrabajo,serespondeycompletaelinstructivodeprácticascomoseindica.  Instrucciones:respondaycompletelassiguientespreguntas 1. Definicióndeprocesotermodinámico   2. Tiposdeprocesostermodinámicos   3. Ejemplosdelosdiferentestiposdeprocesostermodinámicos

7 



Desarrollodelapráctica:  Introducirairealtanque(13.5L)conelcompresorhastaqueelmanómetro indique1.0kgf/cm2  Registrarlaslecturasinicialesdelmanómetroytermómetroenlatabla2  Colocareltanquesobrelahornillayencenderlasegúnseindique(80%dela capacidad).  Registrarlaslecturasdelastemperaturasylaspresionescada3minutos,6veces, ohastaquelapresiónsea1.5kgf/cm2  Cuandotermineelexperimentoretireeltanquedelahornillaydesconéctela  

 Figura3.1.Tanquerígidoparapruebasconmanómetroytermómetro     8 

 Tabla3.1.Lecturadetemperaturaypresión



Presión Atmosférica [kPa] 

Presión Manométrica [kPa] 

Presión Absoluta [kPa] 



























































Lecturas

Tiempo [min]

Temperatura[°C]









GrafiquelosdatosdePresiónabsolutavs.VolumenyTemperaturavsvolumen,sabiendo queelvolumendeltanqueesde13.5L.        Conclusiones:    Bibliografía: 9 

PrácticaNo.3 CambiodeFasedeunaSustanciaPura  Elementos de competencia: Analiza las propiedades de un sistema mediante el uso de tablasparaidentificarsufase. Evidenciadeaprendizaje:Reportedepráctica3.Cambiodefasedeunasustanciapura. Criteriosdedesempeño: 

Ponderación

Obtenido

20% 30% 30% 10% 10% 100%

     

Revisiónbibliográfica Desarrollodelapráctica(Observaciones,cálculos,gráficas) Conclusiones Bibliografía Limpiezayclaridadenlapresentación TOTAL

 Actividadesdeaprendizaje:Identificarlascondicionesalas queocurre uncambio defase deunasustanciapuraycompletaelinstructivodeprácticas  Instrucciones:respondeycompletalassiguientespreguntas 1. Definicióndefasetermodinámica   2. Quédiferenciaexisteentrefaseyestadotermodinámico   3. Aqueselellamacalidaddelvapor  10

4. Diagramasdepropiedadestermodinámicasdesustanciaspuras                  Desarrollodelapráctica:         

Colocar200mldeaguaenunaprobeta Vaciarlamuestradeaguaenelmatraztipobola Colocareltermopardelmultímetroalmatrazhaciendocontactoconelagua Medirlatemperaturainicialdelagua Conectarelcondensadoralmatraz Ponerelmatrazsobrelahornillayencenderla Medirlatemperaturadelaguacada2minutos Abrirlaválvuladelaguadeenfriamientodelcondensador Realizar10mediciones,llenandolasiguientetabla 11

Tabla4.1Datosdelexperimento Presión Absoluta [kPa]

Volumen deagua Calidadde recuperado vapor [ml]

Lectura

Tiempo Temperatura [min] [°C]























































Descripción delafase



 Fig.4.1.Sistemaparacambiodefases

12

CálculosyGráficas 1. GrafiqueTemperaturavs.TiempoyvolumenrecuperadoVSTiempo               Conclusiones:     Bibliografía: 

13



PrácticaNo.4 EstadoTermodinámico  Elementos de competencia: Demostrar que a partir de dos propiedades intensivas e independientes usando las tablas de sustancias puras se puede determinar el estado termodinámico. Evidenciadeaprendizaje:Reportedepráctica4.EstadoTermodinámico Criteriosdedesempeño: 

Ponderación

Obtenido

20% 30% 30% 10% 10% 100%

     

Revisiónbibliográfica Desarrollodelapráctica(Observaciones,cálculos,gráficas) Conclusiones Bibliografía Limpiezayclaridadenlapresentación TOTAL

 Actividades deaprendizaje:Determinarel estado termodinámicode unasustancia pura, siguiendolasinstruccionesdelprofesorycompletarelinstructivodeprácticas.  Instrucciones:respondeycompletalassiguientespreguntas 1. Definicióndeestadotermodinámico  2. Postuladodeestadotermodinámico  3. Significadodesustanciapura   14 



Desarrollodelapráctica: ElrecipientequecontieneelrefrigeranteR‐134seencuentraaunatemperaturaambiente de__________ycomoesunrecipientenuevosucontenidoderefrigeranteesde_______ lasdimensionesdelalataderefrigerante134asonDiámetro________altura_________ 

 Figura4.1.LatacomercialderefrigeranteR‐134a  Cálculosygráficas 1. DeterminarelestadotermodinámicodelrefrigeranteR‐134a,apartirdemedición de temperatura y Volumen específico. Utilizando tablas de propiedades termodinámicasdeterminelapresión,energíainterna,entalpiayfase. T[°C] 

Vesp[m3/kg] 

Presión[kPa] 

U[kJ] 

  

15 

H[kJ] 

fase 



2. Dibuja el diagramaT‐ Vesp, P‐Vesp  mostrando el punto del estado termodinámico dondeseencuentraelrefrigerante134a              

Conclusiones:      Bibliografía:

16 

PrácticaNo.5 CalorEspecífico  Elementos de competencia: Realizar las mediciones de la masa del cuerpo metálico y el volumendeaguaparadeterminarelcalorespecíficodelapiezametálica Evidenciadeaprendizaje:completarelinstructivodeprácticas. Criteriosdedesempeño: 

Ponderación

Obtenido

20% 30% 30% 10% 10% 100%

     

Revisiónbibliográfica Desarrollodelapráctica(Observaciones,cálculos,gráficas) Conclusiones Bibliografía Limpiezayclaridadenlapresentación TOTAL 

Actividadesdeaprendizaje:Mediante unalecturareflexivay unseguimientoordenadode lassesionesdetrabajo,serespondeycompletaelinstructivodeprácticascomoseindica. Instrucciones:respondaycompletalassiguientespreguntas 1. DiferenciaentreCalorespecíficoparaunsólido,paraunlíquidoyparaungas  2. DefinicióndeCaloresespecíficosapresiónyavolumenconstante  3. Diferentestiposdecalorímetros  4. Quéunidadestieneelcalorespecíficoendiferentesunidades  5. DefinicióndeEquilibrioTérmico 17 

Desarrollodelapráctica:  En un vaso de precipitado, coloque 250ml de agua y colóquelo en la parrilla de calentamiento.  Encender la hornilla eléctrica hasta que el agua alcance 80°C.  Registrar la masa y la temperatura inicial del objeto metálico al cual se desea calcular el calor específico.  Vaciar el agua previamente calentada al calorímetro y coloque la tapa de aislante térmico.  Después de unos minutos introducir el termopar y registrar la temperatura inicial del agua (T1).  Quite la tapa e introduzca dentro del calorímetro el objeto metálico.  Coloque nuevamente la tapa y el termopar y observe que sucede con la temperatura.  Cuando la temperatura del termómetro ya no varía, tome la lectura de la temperatura final del agua que también será la temperatura final del objeto metálico (T2).   

 Figura5.1.Calorímetroaisladocontapadeaislantetérmico. Preguntas: 1. Deacuerdoalexperimento,¿Quétipodeprocesosedesarrolla?__________.Y ¿Quétipodecalorespecíficoserequiereendichoproceso?_________. 18 

 Cálculos: 1. Considerando que el sistema alcanza el equilibrio térmico, el calor que cede el aguaesigualalcalorqueganaelobjetometálico.Determineelcalorespecíficodel objetometálicoeinvestigueporcomparaciónaquematerialcorresponde.          Conclusiones:     Bibliografía 

19 

 UNIDADTEMÁTICA2      GasesIdeales      CompetenciasParticulares Reconoceelcambiotermodinámicodeungas almodificarsuspropiedades termodinámicas como temperatura, presión y volumen considerando un modeloidealynoideal,quepermitedeterminareltrabajorealizadoporel sistema 

PrácticaNo.6 GasIdealyGasReal  Elementos de competencia: Realizar mediciones de las propiedades de un sistema termodinámicocomolapresiónylatemperaturaparadeterminarsiungasesideal  Evidenciadeaprendizaje:completarelinstructivodeprácticas. Criteriosdedesempeño: 

Ponderación

Obtenido

20% 30% 30% 10% 10% 100%

     

Revisiónbibliográfica Desarrollodelapráctica(Observaciones,cálculos,gráficas) Conclusiones Bibliografía Limpiezayclaridadenlapresentación TOTAL

 Actividadesdeaprendizaje:Mediante unalecturareflexivay unseguimientoordenadode lassesionesdetrabajo,serespondeycompletaelinstructivodeprácticascomoseindica.  Instrucciones:respondaycompletalassiguientespreguntas  1. Definicióndeungasidealenbasealateoríacinéticadelosgases  2. Ecuacióndeestadodelosgasesideales  3. Definicióndeungasrealyecuacionesdeestadodelosgasesreales(almenosdos)

20 

4. DefinicióndeFactordecompresibilidad     Desarrollodelapráctica:            

Revisareltanquedeprueba(13.5litros)verificandoqueelmanómetromarquecero Abrirlaválvuladellenadoycerrarladepurga Conectareltanquedepruebaalcompresordeaire Ponerenoperaciónelcompresordeaire Agregarairealtanquehastaquelapresiónmanométricaindiquea1.5Kgf/cm2 Cerrarlaválvuladellenadodeltanqueysuspenderlaoperacióndelcompresordeaire Registrarlatemperatura(T1)ylapresiónmanométricadelaire(Pman1) Colocareltanquedepruebassobrelahornillayencenderla Calentarhastaunatemperaturade50°C Registrarlatemperatura(T2)ylapresiónmanométricaalcanzada(Pman2) Suspenderelcalentamientoretirandoeltanquedepruebayapagandolahornilla

 Figura6.1.Compresordeairedellaboratorio  21 

Tabla6.1.Estadoinicialyfinal

T[°C] 

EstadoInicial P[kPa] 

Vesp[m3/kg] 

T[°C] 

EstadoFinal P[kPa] 

Vesp[m3/kg] 

 Cálculos: 1. Determinarlapresióndelestadofinalteóricamente,utilizandolaecuaciónde estadodelosgasesideales.  2. Determinarelfactordecompresibilidad...