Termodinmica y Mquinas Trmicas

Termodinmica y Mquinas TrmicasDocente: Profesor: Ing. Juan Jess CerioniJTP: Ing. Jorge Ciperiani

Ao: 2015Objetivos:

Adquirir los conocimientos bsicos de la Termodinmica desde el punto de vista terico y prctico para luego poder aplicarlos en situaciones ingenieriles concretas.

Conocer y comprender los conceptos bsicos de la termodinmica en especial los relacionados con la energa trmica y sus usos.

Resolver e interpretar casos de aplicacin prctica relacionados con la energa trmica, ciclos de mquinas trmicas y vapores.

Metodologa de Evaluacin.

La Asignatura est adherida al Rgimen de Promocin Directa de Asignaturas segn Ordenanza N 643 CSU.

CONDICIN PARA LA REGULARIZACIN DE LA MATERIA

1. Asistencia: mayor al 65 %2. Aprobar los 4 parciales con una nota igual o superior al 75 %3. Los alumnos que obtengan una nota inferior al 60% en cada una de las evaluaciones parciales, podrn recuperar una vez los mismos para alcanzar la regularidad, debiendo obtener una nota igual o superior al 60 %. Los alumnos que no aprueben 1 recuperatorio, debern ir a un examen global, teniendo que tener los restantes exmenes con una nota superior o igual al 60%.4. Los parciales deben quedar aprobados antes del cierre del ao lectivo.(28 de febrero de 2016).5. Realizar y aprobar Carpeta de Trabajos Prcticos (total 11 once) y presentar la misma en tiempo y forma.6. Asistir y aprobar los Trabajos Prcticos de Laboratorio (total 10 diez) y presentar carpetas de los mismos en tiempo y forma.CONDICIONES PARA APROBAR LA MATERIA.1. Asistencia: mayor al 75 %2. Aprobar los cuatro parciales con una nota igual o superior al 70 %. Antes del cierre lectivo del ao (28 de febrero de 2016).3. Aprobar Carpeta de Trabajos Prcticos.4. Aprobar los Trabajos Prcticos de Laboratorio.5. Aprobar COLOQUIO al final del cursado.CONDICIN PARA LA PROMOCIN DIRECTA DE LA MATERIA

1. Asistencia: mayor al 75 %2. Aprobar los cuatro parciales con una nota igual o superior al 85 %.3. Aprobar Carpeta de Trabajos Prcticos 4. Aprobar los Trabajos Prcticos de Laboratorio5. Los alumnos que hayan cumplido con estos requisitos no se les tomar COLOQUIO al final del cursado.Bibliografa

1.- Curso de Termodinmica. Autor Lorenzo Facorro Ruiz

2.- Termodinmica Tcnica. Autor Carlos Garca

3.-Termodinmica Autor G. Boxer

4.- Principio de los Procesos Qumicos Autor. Hougen Watson

5.- Termodinmica Autor H. Callen

6.-Introduccin a la Termodinmica en Ing. Qumica. Autor Smth. Van Ness

7- Problemas de Termodinmica Tcnica. Autor Carlos Garca

8- Termodinmica para ingenieros Autor Merle Potter y Craig Somerton.

Programa

Desarrollo Contenidos Tericos

Unidad 1

Sistemas de Unidades

Formas de energa. Temperatura. Calor. Calorimetra

Unidad 2

Primer Principio de la Termodinmica.

Sistema. Medio exterior. Clasificacin de los sistemas. Parmetros. Equilibrio Termodinmico. Transformaciones. Ciclos. Trabajo. Trabajo de un sistema cerrado. Trabajo de Flujo. Trabajo de Circulacin. Trabajo en un ciclo reversible. Primer Principio de la Termodinmica aplicado a sistemas cerrados.Unidad N 3

Primer Principio de la Termodinmica Aplicados a Sistemas Abiertos con Movimiento Permanente.

Sistemas Abiertos con Movimiento Permanente en los cuales no existe diferencia apreciable de energa cintica y potencial. Entalpa. Sistemas abiertos con movimiento permanente Propiedades de la funcin entalpa.

Unidad N 4

Gases Perfectos

Ley de Boyle Mariotte y de Charles Gay Luzca. Ecuacin de estado de gases perfectos. Ley de Joule. Calores especficos a presin y volumen constantes. Expresin de Funcin Entalpa para un gas perfecto. Ley de Abogadro. Constante molar o universal de los gases perfectos. Mezcla de gases. Leyes de Dalton. Ley de Amagat.

Unidad N 5

Gases Reales.

Ecuacin de Van der Walls. Ecuacin de Vtale Bridgeman. Coordenadas reducidas. Ley stados correspondientes. Ecuacin de estado reducida. Ley modificada de los estados correspondientes. Coeficiente de compresibilidad. Grficos de compresibilidad. Mezcla de gases reales. Primer principio de la Termodinmica para las transformaciones de un gas real. Calores especficos.

Unidad N 6

Transformaciones de un Sistema Gaseoso

Curvas de expansin. Curvas de compresin. Transformaciones a presin constante. Transformaciones a volumen constante. Transformaciones isotrmicas. Transformaciones adiabticas. Transformaciones Politrpicas. Anlisis de curvas de expansin y compresin en el plna presin volumen. Relacin entre el trabajo mecnico y la energa de un gas. Transformaciones adiabticas irreversibles. Unidad N 7

Segundo Principio de la Termodinmica.

Rendimiento Trmico. Ciclo de Carnot. Teorema de Carnot Ciclos y Procesos reversibles e irreversibles. Degradacin de la energa.

Unidad N 8Ciclos de Ideales de las Mquinas que usan Gas.

Ciclo de mquinas de combustin Externa. Ciclo Stirling. Ciclo Ericsson. Ciclo Otto. Ciclo Diesel. Ciclo Semidiesel. Ciclo de Joule o Brayton. Ciclo Regenerativo de la turbina a gas. Rendimiento trmico, mecnico y econmico.

Unidad N 9

Vaporizacin

Calores de vaporizacin. Calor latente. Calor total de vaporizacin. Calor de sobrecalentamiento. Diagrama de vaporizacin. Tablas de vapor de agua. Constantes caractersticas. Entalpa de lquido y del vapor. Vapor hmedo. Vapor sobrecalentado. Vapores usados en las mquinas refrigerantes.

Unidad N 10

Entropa

Teorema de Clausius para un ciclo reversible. Entropa, concepto y analoga de Zeuner. Diagrama entrpico T-S. Variaciones de la entropa en transformaciones de un gas. Diagrama entrpico de gases. Representacin de ciclos den el diagrama entrpico.

Unidad N 11Ciclo Frigorfico

Ciclo Frigorfico de Carnot. Coeficiente de efecto frigorfico. Transmisin de calor. Expansin de un gas sin produccin de trabajo mecnico. Diagrama Entrpico Entlpico o de Mollier. Representacin en el diagrama entrpico del trabajo externo y de la variacin de energa interna y de entalpa.

Unidad N 12

Exerga

Calor utilizable o exerga del calor. Exerga debido al desequilibrio mecnico. Exerga del vaco. Exerga de un sistema cerrado. Rendimiento energtico o efectividad trmica.

Unidad N 13

Ciclo de las Mquinas Frigorficas

Ciclos frigorficos con rgimen hmedo. Ciclos frigorficos con rgimen seco. Consumo de refrigerante. Mejoras de ciclos frigorficos de compresin. Ciclo inverso para la calefaccin. Bombas de calor.

Unidad N 14

Aire Hmedo

Humedad absoluta y relativa. Volumen especfico y densidad del aire hmedo. Entalpa del aire hmedo. Tablas con las constantes caractersticas del aire hmedo saturado. Punto de Roco. Temperatura de saturacin adiabtica. Psicrmetro. Temperatura de bulbo hmedo. Transformaciones del aire hmedo. Tablas y diagramas psicromtricos.

Desarrolla de Actividades PrcticasTrabajo Prctico N 1: Calor- Calorimetra

Problema N 1

Un dispositivo trmico transfiere 67 000 J de energa a 4,3 L de agua. Calcula la variacin de temperatura que sufre el agua. Ce agua= 4180 J/Kg Ka) Calculo la masa del agua

m= 4,3 Kgb) Calculo la variacin de temperatura

= 3,72 KProblema N 2

Cuntas caloras son necesarias para convertir 15 g de hielo a 0 C en vapor de agua a 100 C? . Cfus hielo= 80 cal/g C . Ce agua= 1 cal/g C. Cvap agua= 540 cal/g C.a) Calor necesario para derretir el hielo

Q=1200 calb) Calor necesario para calentar a 100 C

Q=1500 Cal

c) Calor necesario para vaporizar el agua

Q=8100

QTotal= Q1+Q2+Q3=1200+1500+8100= 10800 Cal = 10,8 KCalProblema N 3

Se tienen 150 g de agua a 12 C en un calormetro de capacidad despreciable, y se mezclan con 50 g de agua a 80 C. Calcula la temperatura equilibrio.a) Condicin de equilibrio

Q1=Q2b)

Tf= 22 CProblema N 4

Un pedazo de plomo de 250 g se calienta a 112 C y se echa en 500 g de agua inicialmente a 18 C. Despreciando la capacidad calrica del recipiente, cul es la temperatura final del plomo y el agua?. Ce agua= 4,180 J/g K . Ce Pb= 0.129 j/g C.

a) Condicin de equilibrio

Q1=Q2b)

Tf= 18,29 CProblema N 5

Determinar la temperatura de equilibrio si mezclamos 10 g de hielo a 0 C con 50 g de agua a 70 C.Problema N 6

Una taza de aluminio de masa de 0.120Kg que inicialmente est a 20C. Cuando se vierte en ella 0.300Kg de caf inicialmente a 70 C. Qu temperatura alcanzan la taza y el caf en equilibrio trmico? ( Suponga que la capacidad calorfica del caf es la del agua y que no hay intercambio de calor con el entorno).

Problema N 7

Se desea enfriar 0.25 Kg de una gaseosa que est a 25C agregndole hielo que est a -20C Cunto hielo debe agregar para que la temperatura final sea 0C con todo el hielo derretido, si puede ignorarse la capacidad calorfica del recipiente? . Ce hielo= 2000J/KgC=477.7 cal/KgC . rf hielo= 334000 J/Kg= 79770 cal/kg .

Problema N 8

100 g de una aleacin de oro y cobre, a la temperatura de 75.5C se introducen en un calormetro con 502 g de agua a 25C, la temperatura del equilibrio es de 25.5C. Calcular la composicin de la aleacin sabiendo que los calores especficos del oro y del cobre son 130 J/kg C y 397 J/kg C respectivamente.

Problema N 9

Se vierten 100 g de agua a 28 C sobre 500 g de agua a 15 C, sabiendo que la temperatura final de la mezcla es de 17 C. Determina el equivalente en agua del calormetro. Problema N 10

Un calormetro de latn de 125 gr. contiene un bloque de hielo de 250 gr. y todo ello a 15C. Calcular la cantidad de vapor de agua a 100C que se necesita aadir para que todo el sistema llegue a la temperatura a 15C. Datos: CP latn= 0,09 cal K-1 gr1 CP hielo= 0,5 cal K-1gr-1 Hf = 80 cal gr-1 Hv= 540 cal gr-1 Latn 125 gr. + H2O(s) = 250 gr. a Ti= -15C. Ti (vapor)= 100C Tf = 15C.Trabajo Prctico N 2: Primer Principio de la Termodinmica Problema N 1

En un tanque ingresan 5 kg de gas a la presin de 4 kg/cm2 , ocupando un volumen de 0.2 m3. Calcular : 1- El trabajo de flujo, 2- el trabajo por unidad de masa, 3- el volumen especifico inicial y final.

Problema N 2

En un sistema cerrado un fluido realiza un expansin a la presin constante de 1 kg/cm2 en forma reversible aumentando su volumen desde los 0.12 a los 0.3 m3. La masa es de 3 kg. Calcular: a- el trabajo realizado, b-el trabajo por unidad de masa, c- el volumen especfico inicial y final.

Problema N 3

Al recorrer el ciclo de una mquina trmica un fluido cambia con el medio exterior 450 kcal. Calcular el Trabajo.

Problema N 4

En un ciclo un gas realiza un trabajo de 4270 kgm. Calcular la cantidad de calor que cambio con el medio exterior.

Problema N 5

En un compresor de aire, mide un trabajo de L = -18620 kgm/kg. El aire entra a 1 kg/cm2, con un volumen especfico de v1= 0.843 m3/kg y sale con 9 kg/cn2 y con un volumen de v2= 0.134 m3/kg. Calcular: a- el trabajo de circulacin y la potencia terica para 100 kg / hora.

Problema N 6

Un gas enfriado, manteniendo la presin constante de los 7 kg/cm2, en un cilindro de 25 cm de dimetro. El mbolo recorre 60 cm y se transfieren 6 kcal del sistema exterior durante este proceso. Suponiendo la transformacin reversible. Calculara la variacin de energa interna.

Problema N 7

Se deja caer un bloque de aluminio a 20 C en un recipiente de nitrgeno lquido en ebullicin, a 77 K. Calcular los litros de nitrgeno que se vaporizan como consecuencia de la inmersin del aluminio sabiendo que su masa es de 2 kg y que el calor latente de vaporizacin es de 48 cal/g, la densidad del nitrgeno lquido es 804 kg/m3 y el calor especfico del aluminio tiene un valor de 0,21 cal/gC.

Problema N 8Se tiene un gas encerrado en un cilindro con una tapa mvil. El recipiente est rodeado por la atmsfera y su presin interior es la atmosfrica. El volumen inicial ocupado por el gas es de 2 m3. Se le entregan al gas 10 Kilocaloras al gas y ste se expande hasta tener un volumen final de 2,3 m3. Calcular: El trabajo realizado por el gas. - La variacin de energa interna.

Problema N 9Un conjunto pistn y cilindro contiene 5kg de agua a 100 C con una calidad de 20% el pistn de 75 kg descansa sobre unos topes como muestra en la figura, la presin exterior es de 100Kpa y el rea del cilindro es de 24.5 cm2 . Se adiciona calor hasta que el agua alcanza un estado de vapor saturado. Determine el volumen inicial, la presin final, el trabajo y la trasferencia de calor.

Problema N 10Un cilindro provisto de un pistn, tiene un volumen de 0.1 m2 y contiene 0.5 kg de vapor a 0.4 MPa . Se transfiere calor al vapor hasta que la temperatura es de 300 C mientras que la presin permanece constante. Determine la transferencia de calor y el trabajo en el proceso.Trabajo Prctico N 3: Primer Principio de la Termodinmica Sistemas Abiertos Problema N 1

Para comprimir adiabticamente 2 moles de un gas ideal biatmico cuya temperaturainicial es de 300 K, ha sido necesario suministrarle 800 J en forma de trabajo. Cul esla temperatura final del gas?

Problema N 2Un mol de gas ideal monoatmico se encuentra en un cilindro provisto de un pistnmvil. Si la presin externa sobre el pistn se mantiene constante en 1 atm, Qucantidad de calor debe aportarse al gas para aumentar su volumen de 20 a 50 litros?

Problema N 3Un mol de gas ideal est en equilibrio a 6 atm de presin y volumen 10 L. Se le enfraiscoramente hasta alcanzar una presin igual a la mitad de su presin inicial. Acontinuacin se calienta a presin constante hasta que alcanza un volumen, Vf, tal que enuna compresin isoterma final regresa a su estado inicial. a)Dibuje el proceso en un diagrama (p,V) b)Calcule el trabajo neto realizado en el ciclo. Problema N 4Un gas ideal biatmico, encerrado en un cilindro de paredes adiabticas, se calienta ala presin constante de 2 bar mediante una resistencia de capacidad calorficadespreciable. El volumen ocupado por el gas aumenta de 25 a 42 L en 6 minutos.Calclese:

a)El cambio de energa interna experimentado por el gas.

b)El trabajo elctrico suministrado a la resistencia.

Problema N 5

Tenemos un compresor que aspira aire con una presin de p 1 = 1 kg/cm2 y con un volumen especfico de v1 = 0.84 m3/kg y lo expulsa con una presin de p2= 9 kg/cm2 y con un volumen especfico v2= 0.14 m3/kg. La energa interna inicial es U1 = 2.6 kcal/kg y la final U2= 27.5 kcal/kg. Se transfieren a la refrigeracin 16 kcal/kg. Calcular el trabajo suministrado al compresor considerando que las variaciones de energa cintica y potencial son despreciables.

Problema N 6Suponiendo que el compresor anterior comprime 160 kg de aire por hora

Calcular a la cantidad de calor que absorbe la refrigeracin y la potencia terica del compresor.

Problema N 7Un compresor toma aire con una entalpa inicial de i1 = 4.89 kcal/kg y lo descarga con un entalpa i2= 66 kcal/kg. No habiendo cambio de calor con el exterior no considerando las variaciones de energa cintica y potencial.

Calcular: a- el trabajo suministrado en kcal/kg y en kgm/kg, b- la potencia terica del compresor para una circulacin de 100 kg/hora de aire.Problema N 8Calcular la variacin de energa interna que experimente una masa gaseosa cuando su volumen aumente de 0.5 m3 mantenindose una presin constante de 4 atm en el supuesto de que durante la transformacin no hay intercambio de calor.

Problema N 9Calcular la cantidad de calor que absorbe un gas que recorre la transformacin 1-2-3 de la figura, realizando un trabajo externo de 10000 kgm si al recorrer la transformacin 1-3 absorbe 800 kcal y realiza un trabajo de 50000 kgm.Trabajo Prctico N 4: Gases idealesProblema N 1

Un recipiente cerrado de 10 m3 contiene nitrgeno molecular a la presin de 750 mmHg y a la temperatura de 20C.

a) Cul ser la presin necesaria, en atm, en el interior del recipiente si su volumen se hace doble y el gas se calienta hasta alcanzar la temperatura de 280C? Enuncia la ley utilizada.

Sabiendo que el nmero de moles permanece constante, suponiendo comportamiento de gas ideal segn la ecuacin de los gases perfectos tenemos que:

Problema N 2

Si 20 litros de aire se colocan dentro de un recipiente a una presin de 1 atm, y se presiona el gas hasta alcanzar el valor de 2 atm. Cul ser el volumen final de la masa de aire si la temperatura se mantiene constante?

Problema N 3

Si cierta masa de gas, a presin constante, llena un recipiente de 20 litros de capacidad a la temperatura de 124C, qu temperatura alcanzar la misma cantidad de gas a presin constante, si el volumen aumenta a 30 litros?

Problema N 4

Calcule la temperatura a la que deben encontrarse 8 g de oxgeno que se encuentran en un recipiente de 5 litros a una presin de 790 mm Hg . Qu volumen ocupar en condiciones normales? Qu cantidad de dicho gas debera salir o deberamos introducir para que se duplicara la presin si la temperatura desciende 10C?.

Problema N 5

Si la densidad del nitrgeno lquido es 1,25 g/mL, a qu volumen se reducir un litro de Nitrgeno gaseoso, medido en condiciones normales, al condensarse?.Masa atmica del Nitrgeno: 14,00

Problema N 6

Una masa gaseosa a 32 C ejerce una presin de 18 atmsferas, si se mantiene constante el volumen, qu aumento sufri el gas al ser calentado a 52 C?.

Problema N 7

Un recipiente est lleno de aire a presin normal y a 0 C. Posee una vlvula de seguridad que pesa 100 N y su seccin es de 8 cm . Si la presin se mantiene normal, se desea saber qu temperatura deber alcanzar el recipiente para que la vlvula se abra, despreciando la dilatacin del recipiente.

Problema N 8

Un cilindro de acero de 30 cm de radio y 120 cm de alto (medidas interiores), es usado para transportar oxgeno. Si el peso del cilindro vaco es de 80 kg. Calcular el peso del mismo si se lo llena a una temperatura de 25 C con una presin de 10 atm.

Problema N 9

Una rueda de un automvil tiene un volumen de 1000 pulgadas cbica y contiene aire a una presin manomtrica de 24 lb/plg2 cuando su temperatura es de 0C. Cual es la presin manomtrica del aire en las ruedas cuando su temperatura se eleva a 27C y su volumen aumenta hasta 1020 plg3.

Problema N 10

Una vasija A de 200 cm3 est separada de otra B de 400 cm3 mediante una tubera de capacidad despreciable provista de una llave de paso. La vasija A contiene un gas a 750 mm Hg y 45C y en la B se ha hecho el vacio. Calcula a) Cantidad de gas que se tiene : b) la presin en los dos recipientes despus de abrir la llave de paso y fluir el gas de A a B. si no vara la temperatura. C) Qu cantidad de gas habr en cada uno de los dos recipientes?.

Problema N 11

Una Mezcla de nitrgeno y oxgeno a la temperatura de 27 C y a la presin de 1 atm, pesa 100 kg y contiene 40 % en peso de nitrgeno. Calcular las presiones parciales de cada gas.

Problema N 12

Una mezcla de 48 kg de Oxigeno, 42 kg de nitrgeno y 10 kg de hidrogeno , se encuentra a la temperatura de 47 C y a la presin de 1.5 atm. Calcular el volumen de la muestra.

Problema N 13

En un recipiente de 0.8 m3 de capacidad existen 0.5 kg de oxigeno, 0.1 kg de hidrgeno y 0.3 kg de nitrgeno. Determinar: la composicin gravimtrica, la composicin volumtrica, la masa molecular de la mezcla y la constante R, la presin total de la mezcla, las presiones parciales de cada componente, los volmenes parciales, la densidad de la mezcla y los calores especficos a presin y volumen constante. La temperatura de estos gases es de 50 C.

Trabajo Prctico N 5: Gases RealesProblema N 1

Haciendo uso de las grficas del factor de compresibilidad, resuelva: Un gas ocupa un volumen de 10 litros a una presin de 134 atm y 20 C. El gas se expande hasta un volumen de 20 litros a presin de 50 atm, determinarla temperatura en el estado dos. (presin crtica= 33.5 atm, temperatura crtica = 195K)

Problema N 2

Calcular la presin de 20 gramos de nitrgeno a 25 C y 188 litros aceptando que cumple un comportamiento de una gas de Van der Waals. (a y b de tabla 12).

Problema N 3Compara la presin que da la ecuacin de los gases ideales con la que dan las curvas de compresibilidad generalizada, para 1 mol de dixido de carbono a 40 C ocupando un volumen de 0.381 litros. Pc= 72.9 atm y Tc= 304.1 K

Problema N 4

Calcular la presin existente sobre un 1 kilo de etano si su temperatura es de 230 C y ocupa un volumen de 0.03 m3. Los coeficientes a y b se obtienen de la tabla12.

Emplear: La ecuacin del gas perfecto, la ecuacin de Van der Waals y el grfico de compresibilidad.

Problema N 5

Calcular la masa de Hidrgeno en un recipiente de 20000 cm3 de capacidad a la temperatura de 75 C y a la presin de 40 kg/cm2. Emplear la ecuacin de gas ideal y el grfico de compresibilidad.

Problema N 6

Calcular el volumen ocupado por una masa de 14 kilos de aire que se halla a 65 kg/cm2 y una temperatura de 95C. Emplear la ecuacin de gas ideal y el grfico de compresibilidad.

Trabajo Prctico N 7: Segundo Principio de la Termodinmica.Problema N 1

Una mquina frigorfica realiza el proceso inverso de una mquina trmica, transportando Q 2 kilocaloras desde la fuente fra a una caliente. Para ello, deber recibir trabajo. Suponiendo que deben producirse 210000 frigoras por hora y la temperatura sede la fuente caliente es de 35 C se desea calcular la potencia terica del motor que ha de accionar la mquina y las kilocalora que debe transportar el agua de refrigeracin. Suponer que se cumple un ciclo inverso de Carnot, en el que la temperatura de la fuente fra es de -10 CQ1= fuente caliente

Q2= fuente fra

CV=bSe deben producir: 210000 frigoras por hora

Tfc= 35+273

Tff= -10+273

= Q2/( Q1-Q2)=T2/( T1- T2)= Q2/AW

AW+Q2=Q1

Problema N 2

El aire de una mquina trmica que evoluciona con un ciclo ideal de Carnot ingresa a 327 C y escapa a 27 C. Suponiendo que la cantidad de calor entregada por aire es de 6000 kcal. Calcular: La variacin de entalpa que experimente el aire, la cantidad de calor cedida al foco fro y el rendimiento trmico.

Problema N 3

Un kilo de aire a 15 atm y 330 C expansiona isotrmicamente hasta 2.62 atm, y luego adiabticamente hasta 27 C, a continuacin se completa en forma reversible un ciclo de Carnot mediante isotrmica y una diabtica. Calcular: Presin, volumen y temperatura para cada estado, variacin de entalpa, rendimiento trmico del ciclo, cantidad de calor cedida a la fuente fra y la cantidad de trabajo que puede realizar el ciclo.

Trabajo Prctico N 8: Ciclo de Mquinas que usan gas.Problema N 1Una mquina trmica trabaja entre 2 temperaturas T = 300 C y T =100 C. Se le entrega a la mquina una cantidad de calor Q = 100 Kcal. La mquina entrega un trabajo de 50.000 Joule. Calcular: a) - El rendimiento de la mquina trmica, b) - El rendimiento mximo que podra llegar a tener esa mquina trmica, c) - El calor que se pierde en la fuente fra.

Problema N 2Calclese la relacin de compresin y el rendimiento trmico en un ciclo Otto, cuya temperatura al comienzo de la transformacin es 35C y al final es de 300 C. Suponiendo una transformacin adiabtica, donde k= 1.4.

Problema N 3Un ciclo Joule se realiza entrando aire al compresor con una presin de 1 kg/cm2 y una temperatura de 17 C, y a la turbina con 800 C. Calcular: a) la temperatura intermedia del ciclo para lograr un trabajo mximo en el mismo, b) el rendimiento trmico, c) la presin final en el compresor; d) si la potencia de esta mquina es de 1800 CV, determinar el consumo terico de combustible si su poder calorfico vale 10000 kcal/kg.

Problema N 4Un motor de un automvil con una salida de potencia de 65 CV tiene una eficiencia trmica de 24 %. Determine la relacin de consumo de combustible de ese automvil si el combustible tiene una valor calorfico de 10569 kcal/kg ( es decir, 10569 kcal se liberan por cada kg de combustible quemado) y la cantidad de calor liberado a la atmosfera.

Problema N 5Un equipo trmico reversible servir para calentar una casa durante el invierno. La casa se va a mantener a 21 C todo el tiempo. Se estima que la casa perder calor a razn de 135000 kJ/h cuando la temperatura exterior descienda a -5C. Determine la potencia mnima requerida para accionar este equipo trmico .

Problema N 6Un motor tipo OTTO de 4 cilindros desarrolla una potencia efectiva (al freno) de 65 C.V. a 3500 r.p.m. Se sabe que el dimetro de cada pistn es de 72 mm, la carrera de 94 mm. y la relacin de compresin Re = 9/1. Determinar: a) Cilindrada del motor. b) Volumen de la cmara de combustin. c) Rendimiento trmico del motor. (Tomar k = 1,33)

Problema N 7Un motor diesel consume 9,5 kg de combustible por hora. El calor de combustin es 11.000 kcal/kg. Si el rendimiento del motor es del 30%. Determinar : a)Cuntas caloras se convierten en trabajo. b) Cuntas caloras se disipan. c) Potencia total absorbida ( en CV).d)Qu potencia til desarrolla el motor ( en CV).

Problema N 8Imagina que tienes en casa un congelador que funciona segn el ciclo frigorfico de Carnot y enfra a una velocidad de 850 KJ/h. La temperatura de tu congelador debe ser la adecuada para conservar los alimentos de su interior, aproximadamente de -12 C. En tu casa la temperatura ambiente es de unos 21 C. Determinar:

a) La potencia que debe tener el motor del congelador para cumplir con su misin.

b) La potencia que debera tener el motor en el caso de que el rendimiento fuera de slo el 50 % del rendimiento ideal de Carnot.

Trabajo Prctico N 9: VaporizacinProblema N 1

Un kilogramos de un vapor de agua hmedo esta contenido en un recipiente rgido y tiene un titulo de x= 0.808., se lo calienta y entonces alcanza una presin de 12 kg/cm2 y una temperatura de 400 C. Determinar: El volumen del recipiente, la presin inicial, la temperatura inicial, la variacin de energa interna y la cantidad de calor que se le ha suministrado.

Problema N 2

Un kilo de vapor de agua se halla a la temperatura de 500 C y a la presin de 25 kg/cm2 y se lo enfra a presin constante hasta que alcanza un ttulo de x= 0.1. Determinar: La entalpa inicial y final y la cantidad de calor que es necesario extraerle.

Problema N 3

Una olla a presin de 5 litros contiene agua hasta la mitad y posee una vlvula que pesa 80 gramos con un orificio de salida de 3 mm. Si dicha olla se encuentra sobre una hornalla eliminando vapor por la vlvula y la presin atmosfrica es de 1 atm. Calcular: La presin y la temperatura dentro de la misma, la masa de vapor y de lquido y la el titulo de vapor dentro y fuera de la olla.

Problema N 4

Se tiene 100 gramos de vapor de agua en equilibrio con 500 gramos de agua lquida a 588 mmHg. Se le entregan 120 kcal a presin constante. Calcular: volumen final y inicial , la temperatura inicial y final y el ttulo inicial y final.

Problema N 5

Una caldera de 5 m de capacidad contiene 300 kg de agua como lquido y vapor satura de 2 kg/cm, se eleva la presin hasta 19.5 atm manomtrica. Determinar: el peso del agua, el peso del vapor inicial y final, el peso de agua que ha de evaporarse y la cantidad de calor para ello.

Problema N 6

Se conduce vapor de agua con un caudal de 12 000kg/hora a lo largo de una tubera de 0,15 m de dimetro y 60 m de largo. La cada de presin es de 1 kg'/cm2 sobre un valor inicial de 8kg'/cm2. La prdida de calor al exterior es de 760 kcal por hora y por metro cuadrado de tubera. Si el titulo inicial es de 0.99 , hallar el titulo en el punto terminal.

En este sistema abierto la velocidad media del fluido puede suponerse constantey no se considera la variacin de energa potencial y no hay trabajo con el medio.

Problema N 7

Un kilogramo de vapor de agua se expande isotrmicamente desde el estado de vapor hmedo de ttulo x = 0,75 y presin p1=12 kg'/cm2 hasta la presin de p2 = 1 kg'/cm2. Determinar: a) el estado final, b) la variacin de energa interna.

Problema N 8

Un vapor de agua sobrecalentado se halla a la presin de 12 kg'/cm2 y a la temperatura de 450 C, expandindose adiabticamente hasta la presin de 0,075 kg'/cm2, alcanzando el estado de vapor saturado seco. Calcular el trabajo que se realiza y el consumo terico de vapor si se desea obtener en la mquina o turbina de vapor con esta expansin una potencia de 100 CV (fig. 125).Trabajo Prctico N 10: Ciclo de las Mquinas Frigorficas

Problema N 1

Un ciclo inverso de Carnot se realiza entre la temperatura de -20 C y 30 C, utilizndose

amonaco y produciendo 100 000 frigoras/ hora. Calcular: En cada uno de los puntos

caractersticos P, T, e I, la cantidad de amonaco que circula por hora, el trabajo de

compresin, el coeficiente de efecto frigorfico, el calor a extraer por el condensador y la

potencia terica del motor del compresor.

Problema N 2

Resolver el problema anterior para un ciclo ce compresin con rgimen hmedo

Problema N 3

Resolver el problema 1 para un rgimen seco.

Trabajo Prctico N 11: Entropa

Problema N 1

Calcular la variacin de entropa que experimenta una masa de helio de 10 kg encerrada en un globo cuando se enfra de 57 C a 7 C

Problema N 2

Calcular el aumento de entropa que se produce al mezclar 50 kg de agua a 80 C y 120 kg de agua a 20 C

Problema N 3

Dibujar en coordenadas T- S los siguientes ciclos.

Analizar P., V, T , U y S con signo positivo si aumenta la variable, negativo si disminuye y 0 si permanece constante.

Problema N 4

El aire de una mquina trmica que evoluciona en un ciclo ideal de Carnot ingresa a 327 C y escapa a 27 C la cantidad de calor entregada al aire es de 60000 kcal. Calcular la variacin de entropa que experimente el aire, la cantidad de calor cedida al foco fro y el rendimiento trmico.

Problema N 5

Una rueda de paletas proporciona un trabajo de 200 Kj al aire contenido en un recipiente rgido de 0.2 m3 a 40 Kg/cm2 y 40C. Determinar la variacin de entropa si le recipiente est aislado y realiza una compresin isotrmica.

Problema N 6

Un embolo permite que se expanda aire desde 60 atm hasta 2 atm. El volumen inicial y la temperatura son de 500 cm3 y 800C . Si la temperatura se mantiene constante, calcular el calor transferido y la variacin de entropa.

Problema N 7

Una mquina trmica reversible funciona entre tres focos trmicos de temperaturas T1= 500 K, T2 = 400 y T3 = 300 K. (tomando calor de los dos primeros y desprendiendocalor al tercero). Si en un ciclo realiza un trabajo de 3616 kJ y del primer foco absorbe lacantidad de calor Q1 = 2926 kJ, calcule:

a) Las cantidades de calor intercambiadas con los otros dos focos.

b) El rendimiento del ciclo.

Problema N 8

Para mantener un edificio la temperatura media de 18 C, su sistema frigorfico se veobligado a extraer de su interior 600cal/s, mientras consume un trabajo elctrico de1 kW. Determinar el incremento de entropa por segundo que sufre el universo debidoal acondicionamiento del edificio sabiendo que el ambiente externo se encuentra a 35 C.Trabajo Prctico N 12: Aire HmedoProblema N 1

Tenemos un aire con una temperatura de bulbo seco de 35 C y una temperatura de bulbo hmedo de 24.5 C determinar humedad absoluta, humedad relativa, volumen densidad, entalpa y temperatura de roco.

Problema N 2

Un caudal de aire de 28 m3/min y 90 F y 60 % de humedad relativa, se mezclan con 85 m/min de aire a 22 C y 40 % de humedad relativa. Calcular los parmetros finales de la mezcla, la humedad relativa final, la humedad absoluta, la temperatura y entalpa, el volumen de la corriente en m3/min.

Problema N 3

Se desea enfriar dentro de un recipiente aislado un kg de aire de 35 C y 40 % de humedad relativa a un estado final de 25 C. Determinar: la humedad relativa final y la cantidad de calor a sustraer.

Desarrolla de Actividades de Laboratorio:

Trabajo Prctico

1Dilatacin Cbica

2Calormetro

3Dilatacin Lineal

4Equilibrio Trmico

5Bimetal

6Calor Especfico de Slidos

7Calor Especfico de Lquidos

8Calor de Vaporizacin

9Calor de Fusin del Hielo

10Transmisin por Conduccin

Trabajo Prctico de Laboratorio N 1Dilatacin Cbica1. Objetivo

Comprobar que los cuerpos metlicos aumentan de volumen al incrementar su temperatura.

2. Teora

Es un hecho experimental que, con muy pocas excepciones, todos los cuerpos se dilatan al calentarse.

La esfera, por su especial simetra, aumenta por igual en todas las direcciones. Es interesante ver que lo que se hace de manifiesto en la experiencia es la dilatacin de un plano diametral que nos refleja la del volumen de la bola.

3. elementos utilizadosa. Anillo de Gravesande.

b. Esfera de Gravesande.

c. Mechero.

d. Varilla Soporte.

4. Realizacin

Efectuar el montaje de la figura. Probar si la bola pasa por el anillo.

Ambos estn ahora a igual temperatura, que ser normalmente la del ambiente.

A continuacin se calienta la bola un determinado tiempo (2 a 5 min).

Entonces se afloja el tornillo correspondiente a la varilla que posee el anillo, cambiando ste de posicin hasta que la bola quede por encima.

Intentar hacer pasar la bola a travs del anillo.

5. bservaciones

Cuando la bola y el anillo estn a temperatura ambiente, sta pasa perfectamente por el anillo. Despus de calentada se ha dilatado y ya no pasa. Si se deja enfriar pasado un tiempo, la bola pasar de nuevo por el anillo.

Lo mismo sucedera si en vez de calentar la bola, enfriramos el anillo. No podra pasar la bola (que est a temperatura ambiente), hasta que ste lograra una temperatura cercana a la del ambiente.

Conclusin: Lo que hace variar la mayor o menor posibilidad de hacer pasar la bola por el anillo, es la diferencia de temperatura (t) entre ambos, independientemente del nivel trmico (ta o tb) de cada elemento.

6. Conclusiones

Despus de realizado el experimento se puede deducir que los cuerpos metlicos aumentan de volumen al incrementar su temperatura. Y sucede lo contrario al disminuirla.

7. Sugerencias

Puede presentarse alguna cuestin del tipo siguiente:

Un anillo metlico de radios R y r, r < R pasa de una temperatura a otra superior. En qu direccin aumenta r? Hgase el experimento calentando el anillo y con la bola fra. Explicar porqu al poner las llantas de hierro a las ruedas de un carro, aqullas se calientan previamente.Trabajo Prctico de Laboratorio N 2calormetro: su equivalente en agua1- Objetivo

Determinar la masa de agua equivalente a efectos trmicos, al conjunto calormetro, agitador y termmetro. Ella permitir sustituir en los clculos ese conjunto por una masa de agua equivalente. 2- Teora

La necesidad de evitar en lo posible intercambios de calor con el ambiente, nos obliga a emplear un sistema que nos permita realizar equilibrios trmicos con la menor dependencia del exterior. Este sistema es el calormetro.

El calormetro experimenta todos los cambios de temperatura necesarios hasta alcanzar el equilibrio, y, por tanto, es preciso hacerle intervenir en los balances trmicos del clculo. Por otro lado, el sistema en cuestin es invariable en su composicin qumica y masa, lo que nos permite determinar la cantidad de calor precisa para elevar su temperatura a 1 C, que siempre ser la misma. Este valor considerado as vendr dado en caloras/C. Resulta generalmente ms cmodo sustituir ese valor por una masa de agua que le sea trmicamente equivalente. El nmero de gramos de esta masa se llama equivalente en agua del calormetro y constituye su caracterstica ms importante.

3- elementos utilizadosa. Vaso de precipitados de 500 cm3.

b. 2 Termmetros (de Hg de -10 110 C).

c. 2 Agitadores.

d. Aro soporte.

e. Base soporte.

f. Calormetro.

g. Nuez doble.

h. Rejilla con amianto.

i. Probeta graduada (100 cm3)

j. Mechero.

k. Varilla soporte.

4- Realizacin

Tomar con el termmetro la temperatura del conjunto del calormetro; normalmente ser la ambiente, ta. En el vaso de precipitados calentar unos 350 g de agua hasta unos 90 C. Sea t1 la temperatura alcanzada.

Tan pronto se toma esta ltima temperatura debe echarse el agua del vaso de precipitados en el calormetro, tapndolo y agitndolo suavemente. Se debe esperar unos instantes, hasta que cese la transmisin de calor del agua al calormetro. Tomar la mxima temperatura que alcanza: sea sta te. Luego de realizadas las mediciones trmicas, se tomar la medida (en volumen) de la masa de agua utilizada, la cual llamaremos M.

Para hallar el equivalente en agua m0, del calormetro, se emplea la frmula siguiente, basada en el principio de conservacin de la energa:

de donde se deduce:

Debe repetirse la experiencia para distintos valores de M, hallando la media de los resultados admisibles.

Tambin puede determinarse el equivalente del calormetro empleando glicerina. Los resultados son ms precisos, ya que su calor especfico es menor que el del agua. El procedimiento es el mismo que con el agua.

5- Observaciones

Se recomienda realizar varias veces la experiencia y anotar el valor medio de m0, despreciando los valores muy desviados. Hay que tener en cuenta que los resultados experimentales que se obtienen no son siempre satisfactorios.

Dato obtenido en experimentacin previa:

; ; ;

Mediciones de temperatura de equilibrio: , . Promedio:

Clculo:

.

Al variar la cantidad de masa colocada en el calormetro, se obtendrn distintos valores de m0 debido a que cambiar la superficie de contacto con el agua, dependiendo la cantidad de calor absorbida de la capacidad de transmisin del calor de todos los componentes del elemento en estudio.6- SugerenciasEs recomendable tardar el menor tiempo posible en traspasar el agua al calormetro.

Sujetar el vaso de precipitados con el uso de guantes.

Dejar estable la temperatura mxima alcanzada por el agua (t1) antes de introducirla en el calormetro.

Realizar varias mediciones de la te. Luego promediarlas y realizar el clculo.Trabajo Prctico de Laboratorio N 3Dilatacin lineal1- Objetivo

Comprobar que la dilatacin lineal depende:

a) Para un mismo material, del t y de su longitud.

b) Para un mismo t, de la naturaleza del material.

Calcular el coeficiente de dilatacin lineal de diversos materiales.

2 Teora

El t provoca un V (variacin de volumen) en el cuerpo, que se traduce y manifiesta por un l (variacin de longitud), cuando l es la dimensin predominante.

El coeficiente de dilatacin lineal se define como:

3 elementos utilizadosa. Regla milimetrada.

b. Aro soporte.

c. Base soporte.

d. Matraz Erlanmeyer de 1000 cm3.

e. Rejilla con amianto.

f. Tapn bioradado.

g. Termmetro (de Hg de -10 110 C).

h. Tubo acodado.

i. Tubo de Aluminio.

j. Tubo de Hierro.

k. Tubo de goma.

l. Varilla eje.

m. Varilla indicadora.

n. Mechero.

o. Varilla soporte.

4 Realizacin

Hacer el montaje de la figura. El tubo a ensayar debe quedar totalmente rgido con la nuez, de modo que al dilatarse lo haga en el sentido que queda libre. Se debe calibrar de la manera ms exacta posible la posicin de la varilla indicadora. La tarea se debe llevar a cabo mirando en direccin horizontal para evitar el paralaje. Una vez dispuesto as el material, calentar el matraz hasta que por el tubo salga vapor de un modo continuo; en este momento realizar la lectura del desplazamiento de la punta de la varilla indicadora sobre la regla milimetrada (D). Repetir el experimento con cada tubo y a distintas longitudes. Se tendr en cuenta que . Pasar los datos a una grfica.

5 resultados

a. Los datos obtenidos experimentalmente quedan reflejados en la grfica siguiente: lt0 Ct1 Ct ClFelCulAl

202298760,180,250,35

302298760,280,350,55

402298760,370,450,65

502298760,450,550,85

b. Se observa un mayor l. No se puede medir t.

6 Conclusiones

Del estudio de la grfica se deduce:

a. El l, para un mismo t, depende de la naturaleza del material.

b. El l, para un mismo t, es directamente proporcional, para un mismo material, a l.

c. Con los datos obtenidos y teniendo en cuenta que = coeficiente de dilatacin lineal.

Se puede calcular dicho coeficiente para los materiales ensayados. Comparar este dato con los de la tabla.Trabajo Prctico de Laboratorio N 4Equilibrio trmico1- Objetivo

Comprobar que al poner en contacto dos cuerpos a temperaturas distintas hay cesin de calor en el sentido cuerpo caliente - cuerpo fro. La temperatura de equilibrio est comprendida entre la de los dos cuerpos.

2- Teora

Dos cuerpos que tienen distinto nivel trmico (temperatura) al ponerlos en contacto tienden a alcanzar un nivel comn, pasando calor del ms caliente al ms fro.

La velocidad de transmisin de calor depende de la naturaleza de ambos, de la diferencia entre sus temperaturas y de la superficie y disposicin del contacto entre ellos.

Destaquemos aqu la influencia que en la transmisin del calor tiene el medio que los rodea.

3- elementos utilizadosa. Vaso de precipitados de 500 cm3.

b. 2 Termmetros (de Hg de -10 110 C).

c. 2 Agitadores.

d. Base soporte.

e. Calormetro.

f. Nuez doble.

g. Resistencia de inmersin.

h. Tapn bihoradado.

i. Tubo de ensayo (de 25 x 200)

j. Probeta graduada (100 cm3).

k. Varilla soporte.

l. Mechero (opc).m. Rejilla con amianto (opc).4- Realizacin

Realizar el montaje de la figura. Calentar 300 cm3 de agua en el vaso del calormetro hasta que alcance una temperatura prxima a 70 C.

Colocar dentro del calormetro el tubo de ensayo con 30 cm3 de agua a la temperatura ambiente, como indica la figura.

A partir de este momento y a intervalos de 30 segundos se leen las indicaciones de los dos termmetros que corresponden al agua inicialmente fra y a la caliente.

Anotar las temperaturas y construir las tablas de resultados correspondientes.

Es conveniente agitar bien los dos lquidos antes de realizar las medidas.

Con los datos obtenidos construir un grfico, colocando en ordenadas las temperaturas y en abscisas los tiempos.

5- Observaciones

En la grfica realizada se observa que las dos curvas representativas coincidirn en un punto a la temperatura de equilibrio. El lquido que al comenzar la experiencia estaba fro, puede comprobarse que aumenta su temperatura, mientras que en el lquido caliente desciende.

6- Conclusiones

En todos los casos resaltar que la temperatura de equilibrio est comprendida entre las de los dos cuerpos.

Trabajo Prctico de Laboratorio N 5Bimetal1- Objetivo

Observar el comportamiento de un bimetal como fundamento de un termmetro bimetlico.

2- Teora

Un bimetal se compone de dos lminas de diferentes metales, unidas entre s. Cuando uno de los metales tiene un coeficiente de dilatacin mayor que el otro, al calentar el conjunto, resulta que se curva, siendo la parte cncava la que corresponde al metal de menor dilatacin.

Una posible aplicacin del bimetal es la construccin de termmetros.

Los ms sencillos consisten en una lmina bimetlica en espiral. Al variar la temperatura, la espiral cambia de forma, y este movimiento se transmite a una aguja mvil acoplada a una escala graduada.

Estos termmetros son poco precisos debido, entre otras causas, a los rozamientos mecnicos. Tambinn es muy conocido su utilizacin en reguladores (como interruptores) en planchas.

3- elementos utilizadosa. Base soporte.

b. Bimetal.

c. Nuez doble.

d. Mechero.

e. Varilla soporte.

4- Realizacin

Hacer el montaje de 1a figura y dejar que el bimetal se caliente. Se observar cmo la lmina se mueve a lo largo de la escala.

5- Recomendaciones

No conviene sobrepasar la temperatura de los 400 C. 6- Sugerencias

Comprobar cmo, con un montaje adecuado, se puede fabricar un termostato bimetlico.

Trabajo Prctico de Laboratorio N 6Calor especfico de Slidos1- Objetivo

Determinar el calor especfico de cuerpos slidos y comprobar que depende de la naturaleza de stos.

2- Teora

Se define el calor especifico c de una sustancia y se mide en caloras por gramo grado centgrado.

Numricamente es igual a la cantidad de calor que hay que suministrar a la unidad de masa de una sustancia para elevar su temperatura un grado centgrado.

3- elementos utilizados

a. Vaso de precipitados de 250 cm3.

b. 2 Termmetros (de Hg de -10 110 C).

c. Cilindro de Al de 50 g.d. Cilindro de Fe de 50 g.e. 2 Agitadores.

f. Aro soporte.

g. Base soporte.

h. Calormetro.

i. Nuez doble.

j. Rejilla con amianto.

k. Probeta graduada (100 cm3)

l. Mechero.

m. Varilla soporte.

n. Pinzas.

4- Realizacin

Poner en el calormetro M gramos de agua (200 g) a temperatura ambiente ta (tomar la temperatura cuando se estabilice el conjunto).

Calentar a ebullicin durante unos minutos los cilindros de Al y Fe, previamente se determinarn sus respectivas masas m.

Con ayuda del hilo introducir el cilindro caliente t1 en el calormetro, agitar y anotar la mxima temperatura alcanzada te.Teniendo en cuenta:

Donde m0 es el equivalente en agua del calormetro.

Repetir el experimento varias veces y calcular valores medios, comparar stos con los de la tabla de datos.

5- observaciones

Datos obtenidos en experimentacin previa:

Para el Fe: ; ; ;

Clculo:

Para el Al: ; ; ;

Clculo:

6- Sugerencias

Mientras mayor sea el tiempo al que estn sometidos los cilindros a la t del agua, ms uniforme ser sta en el interior de los mismos.Trabajo Prctico de Laboratorio N 7Calor especfico de Lquidos1- Objetivo

Determinar el calor especfico de un lquido.

2- Teora

Se define el calor especfico c de una sustancia como: y se mide en caloras por gramo grado centgrado.

Numricamente es igual a la cantidad de calor que hay que suministrar a la unidad de masa de una sustancia para elevar su temperatura un grado centgrado.

3- elementos utilizados

o. Vaso de precipitados de 250 cm3.

p. 2 Termmetros (de Hg de -10 110 C).

q. Cilindro de Al de 50 g.r. 2 Agitadores.

s. Aro soporte.

t. Base soporte.

u. Calormetro.

v. Nuez doble.

w. Rejilla con amianto.

x. Probeta graduada (100 cm3)

y. Mechero.

z. Varilla soporte.

aa. Pinzas.

ab. Agua destilada.

ac. Tricloroetileno.

4- Realizacina. Colocar en el calormetro una cantidad de M gramos (150 g) a temperatura ambiente ta, Y mezclar m gramos del lquido problema (150 cm3 de tricloroetileno = 220 g), a t1, anotar la temperatura de equilibrio te, tendremos:

(1)Donde m0 es el equivalente en agua del calormetro.

b. Un segundo procedimiento consiste en partir del dato conocido, del c de un slido (cilindro de aluminio).

Se coloca una cantidad M gramos de lquido problema, se calienta a ebullicin el cilindro de aluminio, hierro,, de masa m a temperatura ta y se introduce en el calormetro, se toma la temperatura de equilibrio te y segn (1)

De donde:

El valor de cA1 puede ser el calculado experimentalmente en la experiencia anterior, el de las tablas de datos.

Trabajo Prctico de Laboratorio N 8Calor de vaporizacin1- Objetivo

Determinar en cal/g el calor de vaporizacin del agua.

5- Teora

La medida del calor de vaporizacin se hace por condensacin del vapor en el interior del calormetro. La elevacin de temperatura producida en el agua del calormetro y el aumento de masa experimentado nos proporciona, en unin de las condiciones iniciales, los datos necesarios para calcular el calor de condensacin que, como es sabido, tiene el mismo valor que el de vaporizacin, siempre que ambos se comparen a la misma presin.

6- elementos utilizadosa. Vaso de precipitados de 500 cm3.

b. 2 Termmetros (de Hg de -10 110 C).

c. Agitador.

d. Aro soporte.

e. Base soporte.

f. Calormetro.

g. Cronmetro.

h. Matraz erlenmeyer de 250 cm3.

i. Nuez doble.

j. Rejilla con amianto.

k. Tapn bihoradado.

l. 2 Tubos acodados.

m. Tubo de goma.

n. Probeta graduada (100 cm3)

o. Mechero.

p. Varilla soporte.

q. Vaso de precipitados.

7- Realizacin

Se pesa el conjunto del calormetro, con su agitador y termmetro. Sea M1 el valor obtenido, que debe anotarse, si no lo est ya, en la tabla de constantes del equipo.

A continuacin se echan en el calormetro unos 200 cm3 de agua. Se pesa de nuevo el conjunto. Si M2 es el valor obtenido, la masa de agua ser, y se mide su temperatura, ta.

Se realiza el montaje de la figura, se pone agua en el generador de vapor, que se conecta al calormetro por medio de un tubo de goma, de modo que el vapor burbujee en el agua del calormetro. Se mantiene el experimento durante unos minutos, hasta que el termmetro del calormetro marque 70-80 C, t1. De nuevo se pesa el calormetro con agitador y termmetro. Si M3 es su peso, la masa de agua condensada es .

El balance trmico siguiente nos da el valor del calor de vaporizacin, cv:

= Calor cedido al condensarse el vapor de agua.

=Calor cedido por el agua condensada al pasar de la temperatura de ebullicin t2 a la final t1.

= Calor tomado por el agua del calormetro.

= Calor tomado por el calormetro, de donde:

La operacin debe repetirse algunas veces y hallar un valor medio que puede compararse con los de tabla.

8- Advertencias

Las masas de agua M y m pueden calcularse directamente con la probeta, pero teniendo en cuenta que la medida habr de hacerse siempre a igual temperatura.

Trabajo Prctico de Laboratorio N 9Calor de fusin del hielo1- Objetivo

Determinar el calor de fusin del hielo a 0 C.

2- Teora

Supuesto el hielo a 0 C y la presin normal, el calor absorbido por el hielo durante su fusin se emplea exclusivamente en el cambio de estado. Dicho de otra forma, el calor se emplea totalmente en modificar la estructura interna del hielo. Cuando todo el hielo se ha transformado en agua, el calor se emplea, no en modificar su estructura interna, sino en elevar su temperatura.

3- Realizacin

En el vaso de precipitados y empleando la resistencia de inmersin, se calientan M gramos (unos 200 g) de agua hasta unos 80 C. A continuacin se echan en el vaso calorimtrico y se mide la temperatura, t1. Previamente se prepara un trozo m de hielo de unos 80 a 90 g, a O C, y secado con papel de filtro. Debe introducirse en el calormetro despus de haber medido la temperatura, t1. Se tapa el calormetro y se agita hasta la fusin del hielo. Se toma la temperatura de equilibrio alcanzada que, como siempre, llamaremos te.

El balance trmico ser:

, siendo:

= Calor cedido por el agua.

= Calor cedido por el calormetro.

= Calor absorbido por el hielo a O C para fundirse.

= Calor absorbido por el hielo fundido siendo m0 el equivalente en agua del calormetro y cf el calor de fusin del hielo.

De donde:

Debe repetirse la experiencia varias veces con distintas cantidades de agua y hielo, variando incluso la temperatura t1. Calcular la media de los valores que se obtengan para el calor de fusin y compararlo con los de tabla.

4- Advertencias

El hielo no debe estar a una temperatura inferior a 0 C, para lo cual puede ser necesario tenerlo en equilibrio con agua lquida.

El hielo debe introducirse bien seco en el calormetro, pues la cantidad de agua que le acompae desvirta el valor que debe obtenerse. El hielo empleado puede prepararse en forma de cilindro, pues de este modo se evita el secado.

La medida de m debe realizarse con la mayor precisin posible.

Es conveniente que se calcule el error cometido en la medida del calor de fusin en funcin de la precisin de los datos.

Trabajo Prctico de Laboratorio N 10transmisin del calor por conduccin1- Objetivo

Comprobar que la velocidad de propagacin del calor depende de la naturaleza de la sustancia.

2- Teora

La conduccin es una de las formas de propagacin del calor en los cuerpos. La experiencia demuestra que si dos puntos de un cuerpo estn a distinta temperatura, existe entre ellos una distribucin continua de temperaturas. El transporte del calor se realiza, entre los puntos prximos, pasando de molcula a molcula, como consecuencia de su agitacin cintica, desde los puntos ms calientes a los ms fros.

Para el caso de los buenos conductores, los electrones son los portadores de la energa calorfica, en los lquidos y gases el transporte se realiza mediante choques moleculares (conduccin por conveccin).

3- Realizacin

Realizar el montaje de la figura. Colocar una gota de parafina en el taladro de las distintas varillas del aparato de demostracin y calentar con el mechero con llama suave procurando que sta no salga del disco central. Tener en cuenta que el Al se funde fcilmente a la accin directa de la llama. Poner en marcha el cronmetro en el momento de empezar a calentar y observar lo que le ocurre a la parafina.

4- Observaciones

Al poco de calentar, se observa que la parafina funde siguiendo este orden: cobre, aluminio, latn y hierro.

5- Conclusiones

Hay cuerpos que conducen el calor ms rpido que otros.

La conduccin del calor depende de la naturaleza de los cuerpos.

6- SugerenciasPRECAUCIN CON LAS QUEMADURAS!

A la vista de los resultados, qu conclusiones se pueden obtener desde el punto de vista de aplicacin de los materiales?

EMBED AutoCAD.Drawing.16

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