Informe de laboratorio termodinamica general.

TERMODINÁMICA GENERAL

Semestre II - 2011

LABORATORIO DE MÁQUINAS TÉRMICAS DE VAPOR

Paula Andrea Buriticá Macías- 1128465546

RESUMEN.

Desde la antigüedad, existía un interés importante por elevar agua desde distintos niveles  y hacer más este proceso, de esta inquietud nace la máquina de vapor  la cual  sentó las bases para la industrialización. Luego de unos pocos años, se convirtió en la fuerza impulsora del trabajo en fábricas y minas.

Una máquina de vapor  es una máquina que transforma esencialmente  la energía térmica de una cantidad de agua en energía mecánica, mediante las siguientes dos etapas.

1. Se genera vapor de agua en una caldera cerrada por calentamiento, lo cual produce la expansión del volumen de un cilindro –
2. El vapor a presión se controla mediante una serie de válvulas de entrada y salida que regulan la renovación de la carga; es decir, los flujos del vapor hacia y desde el cilindro

Palabras clave: energía mecánica, energía térmica, vapor de agua

MARCO TEÓRICO.

En el laboratorio se evidencio como principio más importante el conocido como  la primera ley de la termodinámica, donde la energía no es creada sino que se transforma en diferentes tipos, en este caso energía térmica (energía proveniente del calor)  a energía mecánica, (energía del movimiento)

Por otro lado también se pudo acercar al concepto de calor específico entendiendo que es una medida propia de cada sustancia y determinante a la hora de definir sus propiedades. También el concepto de eficiencia, los factores que la afectan, y lo importante que es saber que una maquina no tiene eficiencia perfecta y jugar con el montaje y la experimentación para tratar de maximizarla.

Se evidenciaron principios físicos como el de presión, de fuerza y algunos procesos como la combustión y los cambios de estados de la materia (en este caso con el cambio de estado del agua),  Trabajo, energía (química, térmica).

EQUIPOS Y PROCESOS.

Montaje maquina térmica

1. Caldera: recipiente utilizado para albergar el etanol que calentara otro recipiente donde está el agua

2–3  Erlenmeyer: frasco de vidrio transparente de forma cónica y de base ancha y cuello estrecho.

4. Beaker

El procedimiento será descrito a continuación:

• Se enciende el mechero de la caldera (1) que contiene 23 cm3 de etanol, este calentara el  Erlenmeyer (2) el cual contiene 55 cm3 de agua a una temperatura inicial de 308,15 K y que además se encuentra en equilibrio pero tapado para que durante el proceso de transferencia de calor la presión producida por la vaporización del agua no se escape del sistema y así el vapor se pueda desplazar

 través de un capilar el Erlenmeyer (3).

• A medida que el agua en el Erlenmeyer (2) comienza a calentarse el vapor generado fluye  a través del capilar hacia el Erlenmeyer (3) el cual comienza el proceso de presurización y debido a esto desplaza el agua de su interior hacia el beaker (4) por medio de un segundo capilar de 0,39 m de longitud.

• Cuando el agua que se encuentra en Erlenmeyer (2) su temperatura oscila entre 367,15 y 368,15K el vapor producido comienza a escaparse  a través del segundo capilar, debido a que ya no hay la suficiente agua en el Erlenmeyer (3) para ser desplazada; es en este momento donde se detiene el proceso.

[pic 1]

Imagen Nº1  Montaje de la máquina térmica.

PRESENTACIÓN DE DATOS Y RESULTADOS.

Para determinar la eficiencia térmica y global del sistema, se hizo uso de los datos que se presentan en la siguiente tabla:

• CALDERA:

Vol inicial de etanol: 27 cm3

Vol. Final Etanol: 23 cm3

• ERLENMEYER:

Vol Agua: 55 cm3

T. Inicial: 308.15K

T. Final: 366.15K

• BEAKER:

Volumen desplazado: 74 cm3

Longitud de desplazamiento: 39 cm

Poder Calorífico del Etanol: 26800 KJ/Kg

Densidad del Etanol: 789 Kg/m3

Calor específico del Agua: 4.1874KJ/KgK

Para desplazar los 74 cm3 de agua utilizando la siguiente relación matemática:

[pic 2]

[pic 3]

[pic 4]

[pic 5]

[pic 6]

Concluimos que para desplazar 0.0074 Kg de agua a través de un capilar, se requieren 0.282828 J de la energía térmica aprovechada por el agua de la energía química aportada por el etanol.

Calculamos la energía química asociada al etanol utilizado como combustible en la maquina térmica:

[pic 7]

[pic 8]

[pic 9]

[pic 10]

El resultado anterior significa que a partir un volumen de  de etanol se pueden producir 84.5808 KJ de energía química la cual será transferida a través de la caldera y de la cual por la interacción sistema - entorno no será aprovechada completamente, esto porque hay intercambio de energía del sistema con el entorno.[pic 11]

...