Termodinamica practica 1

Objetivos

• Construir un barómetro de Torricelli para determinar la presión atmosférica en el

           Laboratorio de termodinámica.

• Demostración de la aplicación de presión relativa y absoluta para un fluido estático
• Establecer el modelo matemático que relaciona la presión absoluta con la profundidad para diferentes fluidos estáticos.

Introducción

La presión en cualquier punto de la frontera de un sistema es la razón de la fuerza (F) normal ejercida sobre un área (A). Es una propiedad intensiva. En el SI se utiliza el Pascal (Pa), definido como (N/m2).

        La presión se puede definir con la siguiente ecuación:

P=F/A

Donde P es la presión y F es una fuerza distribuida uniformemente sobre un área A, perpendicular a esa fuerza.

De acuerdo con la definición, se puede ver que las unidades de presión deben ser fuerza por unidad de área, o newtons por metro cuadrado. A esta unidad se le llama Pascal:

1 Pa = 1 N/m2

        El pascal es una unidad tan pequeña que en muchos problemas técnicos los valores serían muy grandes e incómodos de manejar. Por ejemplo, la presión atmosférica es 101,000 Pa. Es más cómodo usar el kilopascal (kPa). A presiones altas se usa el megapascal (MPa), que equivale a 1000kPa. También, el bar es usado a veces como unidad de presión: 1 bar se define como 105Pa, o 100kPa. Es una unidad cómoda.

        La presión se observa con más frecuencia en líquidos, gases o en general en fluidos. Pueda haberla en sólidos, pero para nuestros fines, al hablar de presión indicaremos una fuerza que actúa sobre un área de fluido, o sobre la superficie de un sólido. Cuando actúa sobre un fluido, la presión se propaga en todas direcciones; esto es, si se aplica una presión en dirección hacia abajo, en un punto, y si el fluido está en condición estática sin poder moverse, hay una presión que actúa sobre el fluido en ese punto y en todas direcciones. Esto es válido para los líquidos y los gases.

        La presión puede variar dentro de un fluido, y en la mayor parte de las aplicaciones de ingeniería, la variación depende de la posición vertical dentro del fluido.

        Hay diferentes tipos de presiones:

• Presión absoluta (Pabs): Es la presión en un punto determinado del sistema ya que se mide con respecto a una presión igual a cero.
• Presión relativa (Prel): Es la diferencia entre la presión absoluta de un sistema y la presión atmosférica. La lectura de un manómetro puede ser positiva o negativa.
• Presión manométrica positiva (Pman): Es la diferencia entre la presión absoluta de un sistema y la presión atmosférica, siendo la presión del sistema mayor que la presión atmosférica. En este caso la presión absoluta del sistema se calcula como:

Pabs=Patm + Pman

• Presión manométrica negativa (Pvac): Es la presión que se presenta cuando la presión atmosférica es mayor que la presión absoluta de un sistema (comúnmente se conoce como presión vacuométrica). La presión absoluta de un sistema cuyo valor de presión manométrica es negativo se calcula como:

Pabs=Patm - Pvac

Metodología

1° Experimento:

[pic 1]

Para el primer experimento requerimos construir el termómetro de Torricelli para ello seguimos los siguientes pasos:

1. Inclinamos el tubo cerrado, dejando la abertura en la parte superior y recargando la parte cerrada y con ayuda de la jeringa lo llenamos, hasta su máxima capacidad evitando que no se formaran burbujas en el interior del tubo.
2. Una vez lleno el tubo, el mercurio sobrante lo pusimos en la capsula de porcelana.
3. Por último, usando los guantes, tapamos la abertura superior del tubo para poder voltearlo e introducirlo en la capsula de porcelana.

Una vez que elaboramos el termómetro, tomamos la medida de la altura de la columna de mercurio en el nivel superior del menisco, este procedimiento se repetirá al menos 2 veces más a partir del 3 paso, tomando las medidas respectivas de su altura.

2° Experimento:  

[pic 2]

El experimento dos requeriremos del uso de un manómetro diferencial, este deberá de tener una campana, lo que haremos  será sumergir la campana en el anticongelante, esto se repetirá al menos 6 veces, con la diferencia de que por cada intento se incrementen dos centímetros de profundidad, tomando las lecturas de la diferencia del nivel del líquido del manómetro que se establece entre los ramales.

Desarrollo

Como ya fue indicado en la metodología, el primer experimento que se llevó a cabo fue el de la medición de presión atmosférica del laboratorio por medio del barómetro de Torricelli, por lo cual procedimos de la siguiente manera.

El primer paso a desarrollar en nuestra práctica fue la construcción de nuestro barómetro por lo cual primero  el material que se utilizo fue una jeringa, un tubo de vidrio con un extremo cerrado, un vaso de precipitado con mercurio, una capsula de porcelana, un flexómetro y guantes de látex.

Una vez que contamos con el material necesario procedimos a llenar el tubo de vidrio con mercurio y para esta actividad se hizo uso de la jeringa para evitar que existiera alguna perdida de nuestra substancia (mercurio).

Cuando el tubo se llenó hasta su máxima cantidad el siguiente paso fue vaciar el resto de nuestra substancia sobre nuestra capsula de porcelana para poder colocar dentro de ella nuestro tubo de cristal ya con el mercurio adentro.

El tercer paso a seguir fue hacer la medición de la distancia que existía desde la parte superior del mercurio (dentro del tubo) hasta su parte inferior (en la capsula de porcelana) y finalmente se hizo la recaudación de los datos.

Dicho procedimiento se repitió tres veces para poder hacer una relación entre las tres diferentes muestras y conocer el valor aproximado a la presión atmosférica que se encontraba en el laboratorio.

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