Practica 1 de Termodinamica FI UNAM \"Presiones\" PDF

Preview

Summary

Práctica completa de Termodinamica FI UNAM, lleva por nombre presiones incluye fotos de los simuladores utilizados en la práctica...

Description

Introducción El conocimiento sobre presión en la industria y en la ingeniería es muy importante, pues es necesario saber cómo funciona y los tipos de presión, ya que existen múltiples procedimientos en la tecnología en los que es necesario saber acerca de la presión. Por mencionar algunos tenemos a la pasteurización fría, la cual es una tecnología emergente para la conservación de los alimentos, en esta se utiliza un equipo de alta presión, otro ejemplo más cercano a nosotros es la refrigeración, para la cual se utiliza una aplicación de presión alternativa que va de presión alta a baja, haciendo circular un líquido por una tubería en un sistema aislado que se encarga de retirar el calor que está dentro del refrigerador, algunos otros ejemplos de la aplicación del conocimiento por adquirir son los neumáticos de los automóviles y los frenos hidráulicos. Incluso el control de la presión podría significar una gran diferencia en cuanto a seguridad, por ejemplo, las presiones excesivas en un equipo podrían significar la destrucción del mismo y exponer al personal a situaciones muy peligrosas. Otro ejemplo de esto es en la fabricación de equipo para buceo o exploración marina al igual que el estudio de los lugares más altos que hay sobre el nivel del mar. Podemos definir a la presión como la fuerza ejercida de manera perpendicular a una superficie, representada por la siguiente fórmula p=F/A Presión Absoluta: Es la presión que se ejerce sobre algún cuerpo más la presión atmosférica Presión Relativa: Es aquella que se ejerce sobre un objeto despreciando el valor de la presión absoluta, a esta la podemos dividir entre presión manométrica y vacuométrica. Por un lado, la presión

Objetivos • Demostrar la aplicación de presión relativa y absoluta para un fluido Estático. • Establecer el modelo matemático que relaciona la presión absoluta con la profundidad en distintos fluidos estáticos

Resultados Valores experimentales obtenidos con el manómetro diferencial Fluido 1 (agua). |� � | = �. � [ � � � ]. Evento

h[cm]

h[m]

Pman [Pa]

Pabs[Pa]

1

0

0

0

101,325

2

40

0.4

3,722

105,472

3

80

0.8

5,930

109,088

4

120

1.2

11,696

113,054

5

160

1.6

15,990

117,021

6

200

2

19,793

120,987

7

240

2.4

23,596

124,798

8

260

2.6

25,313

126,638

Valores experimentales obtenidos con el manómetro diferencial Fluido 2 (miel). |� � | = �. � [ � � �]. Evento

h[cm]

h[m]

Pman [Pa]

Pabs[Pa]

1

0

0

0

101581

2

40

0.4

6328

107048

3

80

0.8

11900

112349

4

120

1.2

17124

118312

5

160

1.6

22870

123944

Análisis de resultados Ejercicio 1 ● P[abs] vs h (profundidad, para un fluido de densidad constante) ● Determinar el modelo matemático que relaciona la presión absoluta con la profundidad para fluidos estáticos. Para ello se propone utilizar un modelo matemático lineal según: P[abs] = mh + P 0 Siendo “m” la pendiente y P0, la ordenada al origen. ● Determinar el valor y significado físico de la pendiente, y la ordenada al origen en la gráfica P[abs] vs h (profundidad). ● Determinar, mediante el modelo matemático de P[abs] vs h, el valor de la densidad de la sustancia utilizada.

Fluido 1 (agua):

Fluido 1: Agua Presion absoluta vs. profundidad 140000

Pabs [Pa]

120000 101325 100000

105472

113054

109088

117021

120987

126638 124798

2

2.5

80000 60000 40000 20000 0

0

0.5

1

1.5

3

Profundidad h(m)

Determinar el modelo matemático que relaciona la presión absoluta con la profundidad para fluidos estáticos. Para ello se propone utilizar un modelo matemático lineal según: Pabs = mh + P0 Siendo “m” la pendiente y P0, la ordenada al origen.

m=

Event o

h(m)=x

Pabs=y

x2

X*Y

1

0

101325

0

0

2

0.4

105472

0.16

42188.8

3

0.8

109088

0.64

87270.4

4

1.2

113054

1.44

135664.8

5

1.6

117021

2.56

187233.6

6

2

120987

4

241974

7

2.4

124798

5.76

299515.2

8

2.6

126638

6.76

329258.8

Suma

11

918383

21.32

1323105.6

11 ¿ ¿ = 9738.333 ( 8∗21.32 )−¿ ( 918.383∗21.32 ) −(11∗10102.213) ¿ Modelo matemático: Pabs[Pa]= 9738.333 [

11 ¿ ¿ b= = 101407.667 ( 8∗21.32 )−¿ ( 918.383∗21.32 ) −( 10102.213∗11) ¿

Pa ]h[m]+ 101407.667 m

Significado físico de la pendiente: Recordando que Pa= N tendríamos que nuestra pendiente m= m 2 m

N m2

y la pendiente tiene unidades=

Pa m

N lo cual representa el peso específico m3

=

Significado físico de la ordenada al origen: La razón del porqué existe esta ordenada al origen, es debido a la presión que ejerce la atmósfera, por lo que, aunque tomemos la presión fuera de nuestro fluido, la presión absoluta no sería cero a menos de que se desprecie la presión atmosférica y únicamente se tome la presión relativa. Para obtener la densidad del modelo matemático obtenido, volvemos a la interpretación física de la pendiente, donde se mencionó que el valor de la pendiente obtenida es el valor del peso específico del agua por lo que para obtener la densidad lo único que requerimos es recordar la relación que tienen peso específico densidad= aceleraciónde la gravedad Valor de la densidad del agua tomando en cuenta nuestros resultados:

densidad=

9738.33 = 993.70 9.8

¿ valor exacto∨¿ x 100 ¿ 993.70∨¿ ¿ % de error= ¿ valor aproximado−valor exacto∨ = ¿ 993.70− 997∨ ¿ x100= 0.320 x 10−3 , el error es ¿ ¿ ¿ ¿ aceptable

Fluido 2: Miel Presion absoluta vs. profundiad

Fluido 2 (miel) ● Pabs vs h (profundidad, para un

160000 140000

fluido de densidad constante)

Pabs(Pa)

120000 100000 80000 60000 40000 20000 0

0

0.5

1

1.5

Profundidad h(m)

2

2.5

3

Determinar el modelo matemático que relaciona la presión absoluta con la profundidad para fluidos estáticos. Para ello se propone utilizar un modelo matemático lineal según: Pabs = mh + P0 Siendo “m” la pendiente y P0, la ordenada al origen. Evento

h(m)=x

Pabs=y

x2

XY

1

0

101732

0

0

2

0.4

107130

0.16

42852

3

0.8

112703

0.64

90162.4

4

1.2

118275

1.44

141930

5

1.6

123673

2.56

197876.8

6

2

129419

4

258838

7

2.4

134992

5.76

323980.8

8

2.8

140564

7.84

393579.2

Suma

11.2

968488

22.4

1449219. 2

1449219.2 (11.2 )( 968488 ) ¿ 11.2 ¿ m= = 13889.28 ¿ ( (8)(22.4 ) )−¿ (8)( ¿ )−¿ ¿ ¿

22.4 11.2 ¿ ¿ b= = 101616 (8 )(¿)−¿ ¿ ( (968488 )(22.4) ) −((11.2)(1449219.2)) ¿

Modelo matemático: Pabs[Pa]=13889.28[Pam] h[m]+ 101616[Pa]

Significado físico de la pendiente: Recordando que Pa=

N m2

y la pendiente tiene unidades=

Pa m

N N tendríamos que nuestra pendiente m= m 2 = lo cual representa el peso específico m3 m La pendiente representa el peso específico de la sustancia y para determinar la densidad se hace el despeje y nos queda peso específico/ gravedad. Significado físico de la ordenada al origen: La razón del porqué existe esta ordenada al origen, es debido a la presión que ejerce la atmósfera, por lo que, aunque tomemos la presión fuera de nuestro fluido, la presión absoluta no sería cero a menos de que se desprecie la presión atmosférica y únicamente se tome la presión relativa. densidad=

densidad= m/g Porcentaje de error= 0.19200

peso específico aceleraciónde la gravedad

densidad=1417.273469 kg/m^3

¿ valor exacto∨¿ x 100 % de error= ¿ valor aproximado−valor exacto∨ ¿ =((1417.27-1420)/1417.27)x100= 0.19, el error es aceptable ¿ ¿

Ejercicio 2 ciudad

altitud [m]

Patm [Pa]

temperatura ebullición del agua [°C]

temperatura ebullición del agua [K]

Guadalajara

1547

84069[Pa]

95[°C]

368.15 [K]

CDMX

2238

77172[Pa]

92.6[°C]

365.75[K]

Edo. de México

2651

73277[Pa]

91.2[°C]

364.35[K]

Con el uso del simulador “Punto de ebullición – altitud” determine la presión atmosférica Patm en las ciudades de nuestro país que se muestran en la tabla siguiente. Indique también la temperatura de ebullición Teb para el agua a las altitudes correspondientes. Recordando que: para convertir una temperatura empírica de la escala de Celsius a este valor se le suman 273.15, y se obtiene el valor de la temperatura en la escala de Kelvin de temperaturas absolutas, es decir: TK = TC + 273.15.

Conclusiones: Alumno 1: Se llegaron a los resultados esperados, esto se puede observar porque al realizar nuestros modelos matemáticos en cada caso y analizando el valor de la pendiente, nos dio como resultado las densidades muy cercanas al valor de la densidad del agua (que es el fluido que se encuentra en el manómetro). La experimentación, si bien relativamente sencilla de ejecutar, nos muestra de manera simple que en efecto la densidad de una sustancia pura a condiciones estables es invariable, es decir, es una propiedad intensiva de la materia. Alumno 2: Con esta práctica, se ha demostrado exitosamente la aplicación de la presión absoluta y la presión atmosférica en un fluido, además de dejar clara la relación que tiene una con la otra gracias al modelo matemático realizado con los datos obtenidos. Mientras que por otro lado, se ha demostrado la variación de la presión atmosférica con respecto a la altura y el por qué sucede este fenómeno. Sin mencionar que hemos podido relacionar nuestra pendiente con la densidad y el peso específico. Alumno 3: Al desarrollar esta actividad hemos conocido las definiciones de presión, presión absoluta y presión manométrica en un fluido. Al comparar los resultados de la presión absoluta y manométrica de ambos fluidos y conociendo el modelo matemático, se demostró que pese a que una presión se mide en relación a un vacío perfecto (absoluta) y otra se mide con respecto a la presión atmosférica, mientras la profundidad aumenta, también aumenta la presión absoluta, para la miel y el agua. En el segundo experimento pudimos comprobar que el punto de ebullición de un líquido varía según la presión ambiental que lo rodea, mientras esté en un lugar con mayor altitud, su temperatura de ebullición será menor, así como su presión atmosférica. Con esto puedo afirmar que hemos cumplido ambos objetivos de la práctica. Alumno 4: En esta práctica medimos la presión absoluta y manométrica de 2 fluidos. La absoluta se usa para medir la presión en un sistema cerrado, mientras que la manométrica la diferencia que existe entre la presión absoluta y la atmosférica. En ambas gráficas donde se compara la profundidad con la presión absoluta se puede concluir que ha mayor profundidad mayor será la presión absoluta tanto en la miel como en el agua. Por último, se concluye que a mayor altitud menor será la temperatura de ebullición del agua y también menor será la presión atmosférica.

4046.9 ¿ ¿ =0.2987121 m= ( 9∗1873795.21 )−¿ ( 9∗216387.21 ) −(4046.9∗445.3) ¿ 4046.9 ¿ ¿ = b= ( 9∗1873795.21 )−¿ ( 445.3∗1873795.21 )−(216387.21∗4046.9) ¿ -84.83980...