Práctica 2-Cambio de entropía en gases ideales PDF

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Con el Ing. Jaime Isaac...

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Práctica No. 2 Cambio de entropía en gases ideales Elementos de competencia: con los conocimientos adquiridos, realizar las mediciones de la presión y la temperatura del estado inicial y final del sistema de un tanque aislado para calcular el cambio de entropía. Evidencia de aprendizaje: completar el instructivo de prácticas Criterios de desempeño: Ponderación Revisión bibliográfica Desarrollo de la práctica (Observaciones, cálculos, gráficas)

20 % 30%

Conclusiones Bibliografía

30% 10%

Limpieza y claridad en la presentación TOTAL

Obtenido

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 las siguientes preguntas 1. Presente la primera y segunda relación termodinámica “Tds” Son ecuaciones que relacionan cambios de entropía de un sistema con cambios en otras propiedades. Primera relación: 𝑇𝑑𝑠 = 𝑑𝑢 + 𝑃𝑑𝑣 Segunda relación: 𝑇𝑑𝑠 = 𝑑ℎ − 𝑣𝑑𝑃 2. ¿Por qué trabajamos en un sistema aislado? Para evitar la transferencia de energía en el sistema, además en un sistema aislado se cumple el principio de incremento de entropía. 3. Considerando calores específicos constantes y variables ¿Cómo se determina el cambio de entropía en gases ideales?

Considerando calores específicos constantes

Considerando calores específicos variables

Desarrollo de la práctica: •

Llenar el recipiente que contiene una resistencia eléctrica en su interior por medio del compresor del aire del laboratorio hasta que la presión manométrica sea de 1 kg/cm2. Abrir la válvula del tanque, realizar el llenado a través de la manguera roja conectada al compresor. Abrir la válvula roja y lentamente abrir la azul para ajustar la presión.

•

Después de que la presión manométrica sea de 1 kg/cm2 cerrar la válvula del lado rojo del múltiple y apagar el compresor. Tomar el dato de temperatura del aire en ese momento usando el manómetro azul (válvula del tanque abierta).

•

Utilizando el manómetro azul continúe midiendo la presión.

•

Conectar la resistencia eléctrica interior del tanque hasta que la presión manométrica sea de 1.2 kg/cm2

•

En ese momento tomar el dato de la temperatura y desconectar la resistencia eléctrica.

Figura 2.1. Tanque aislado con manómetro, termómetro y resistencia eléctrica interna

Cálculos y gráficas: 1. Calcular el cambio de entropía total del sistema de la práctica por medio de los métodos de calores específicos constantes y variables.

𝐷𝑎𝑡𝑜𝑠

𝑇1 = 24°𝐶 = 297 𝐾 𝑃1 = 1

𝑘𝑔 = 98.066 𝑘𝑃𝑎 𝑐𝑚2

𝑇2 = 85°𝐶 = 358 𝐾 𝑃2 =

1.2𝑘𝑔 𝑐𝑚2

= 117.679 𝑘𝑃𝑎

𝑅𝑎𝑖𝑟𝑒 = 0.2870 𝐶𝑃 = 1.005

𝑘𝐽 𝐾𝑔 · 𝐾

𝑘𝐽 𝐾𝑔 · 𝐾

𝑂𝑝𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 ∆𝑠 = 𝐶𝑝 𝑙𝑛

𝑇2 𝑃2 − 𝑅 𝑙𝑛 𝑇1 𝑃1

∆𝑠 = (1.005

𝑘𝐽 117.679 𝑘𝑃𝑎 𝑘𝐽 358 𝐾 ) 𝑙𝑛 − (0.2870 ) 𝑙𝑛 98.066 𝑘𝑃𝑎 𝐾𝑔 · 𝐾 297 𝐾 𝐾𝑔 · 𝐾

∆𝑠 = (0.187734851 ∆𝑠 = 0.135409

𝑘𝐽 𝑘𝐽 ) − (0.052325799 ) 𝐾𝑔 · 𝐾 𝐾𝑔 · 𝐾

𝑘𝐽 𝐾𝑔 · 𝐾

2. En un diagrama T vs. s localice el estado final respecto al inicial en el que represente el proceso seguido por el gas.

Conclusiones: A diferencia de la energía interna y la entalpía, la entropía de un gas ideal varía con el volumen específico, la presión o la temperatura. En este caso usamos presión y temperatura diferentes.

Bibliografía: Cengel, Y. A., & Boles, M. A. (2014). Termodinámica (Octava ed.). México, D.F.: McGraw-Hill....