La investigación a realizar tiene una finalidad de carácter académico
Enviado por Mariiaisabel18 • 16 de Agosto de 2015 • Ensayos • 1.487 Palabras (6 Páginas) • 268 Visitas
- Introducción
La investigación a realizar tiene una finalidad de carácter académico, en el cual se pretende analizar el comportamiento del Metano (CH4) según su factor de compresibilidad dentro de un cilindro-émbolo por lo que consideramos es importante llevar a cabo este estudio, ya que es viable y podemos obtener resultados basándonos en las ecuaciones de gas ideal y factor de compresibilidad.
Cilindro-Émbolo
Un dispositivo cilindro – émbolo es la manera más directa de representar un sistema cerrado con una frontera móvil, puesto que es un contenedor cerrado con volumen variable. Se compone de dos partes básicas, el cilindro o camisa y el émbolo o pistón.
Factor de Compresibilidad (Z)
El factor de compresibilidad (Z), conocido también como el factor de compresión, es la razón del volumen molar de un gas con relación al volumen molar de un gas ideal a la misma temperatura y presión. Es una propiedad termodinámica útil para modificar la ley de los gases ideales para ajustarse al comportamiento de un gas real.
Trabajo
El trabajo realizado por un gas a presión constante. Si la presión no es constante, el trabajo se visualiza como el área bajo la curva de presión-volumen, que representa el proceso que está teniendo lugar.
Trabajo de frontera móvil
El trabajo de frontera móvil se estudia por la termodinámica en procesos cuasi estáticos pues a altas velocidades es difícil determinar las trayectorias que recorren los procesos.
Gas Metano
El metano es el hidrocarburo alcano más sencillo, cuya fórmula química es CH4.
Es una sustancia no polar, incoloro, inodoro y muy inflamable, más ligero que el aire, que en la naturaleza se produce por la descomposición de la materia orgánica.
Objetivos de la investigación
• Comprender el comportamiento del gas Metano dentro del cilindro-émbolo, si existe algún cambio en sus propiedades al experimentar cierta compresibilidad.
• Identificar el factor de compresibilidad del Metano y de esta manera corroborar si el gas se comporta como ideal o real.
• Determinar las propiedades del Metano relacionando los valores del factor de compresibilidad, presión reducida, temperatura reducida y volumen específico, mostrados en las cartas o gráficas de compresibilidad
Primera Ley de la Termodinámica
El primer principio de la termodinámica o primera ley de la termodinámica, se define como: “En un sistema cerrado adiabático (que no hay intercambio de calor con otros sistemas o su entorno como si estuviera aislado) que evoluciona de un estado inicial A a otro estado final B, el trabajo realizado no depende ni del tipo de trabajo ni del proceso seguido.
Más formalmente, este principio se descompone en dos partes;
El «principio de la accesibilidad adiabática» y un «principio de conservación de la energía»
Ecuación de estado de un gas ideal
La ecuación de estado más sencilla es aquella que describe el comportamiento de un gas cuando éste se encuentra a una presión baja y a una temperatura alta. En estas condiciones la densidad del gas es muy baja, por lo que pueden hacerse las siguientes aproximaciones:
• No hay interacciones entre las moléculas del gas
• El volumen de las moléculas es nulo.
La carta o gráfica de compresibilidad generalizada de Nelson-Obert
Esta grafica es sumamente útil para determinar las propiedades de los gases bajo condiciones no ideales. Relaciona los valores de Z, Pr (presión reducida), Tr (temperatura reducida) y vr (volumen específico pseudorreducido).
Z representa un factor de corrección para la ecuación de los gases ideales. Con base en esto se encuentra tres tipos de comportamiento distintos:
• Z = 1, comportamiento de Gas Ideal. (altas temperaturas y bajas presiones).
• Z > 1, gases como el Hidrógeno y Neón, difícilmente compresibles (altas temperaturas y presiones).
• Z < 1, gases como el O2, Argón y CH4, fácilmente compresibles (bajas temperaturas y altas presiones)
- Materiales y Métodos
3.1. Metodología
El problema a desarrollar es el comportamiento del metano contenido en un cilindro-émbolo en base al factor de compresibilidad. Dentro de las hipótesis pretendemos comprobar:
- Comprobar que el gas metano al aumentar su temperatura se expande, aumentando de igual forma el volumen dentro del recipiente.
- Verificar que al aumentar el factor de compresibilidad el trabajo de la frontera del embolo este va a disminuir de manera proporcional.
- Corroborar que el factor de compresibilidad está estrechamente ligado al volumen, temperatura y trabajo siendo estas tres variables termodinámicas proporcionales al factor z.
La investigación está diseñada para demostrar que al incrementar el factor de compresibilidad de un gas este se expande aumentando su volumen.
3.2. Materiales
No contamos con instrumentos de medición, debido a que los datos obtenidos se encuentran mostrados en tabla, es decir, no se empleó ningún método como encuestas, entrevistas, otros, ya que; es un artículo basado en métodos científicos no experimentales para nuestro caso.
- Desarrollo del tema
Un dispositivo de cilindro-émbolo contiene 10 kg de gas Metano (CH4) a una temperatura inicial de 25°C se transfiere calor al cilindro-émbolo hasta que alcance una temperatura z la cual estará en función de T2 real. Considerando que es un proceso isobárico. Determine el trabajo de la frontera con respecto al factor de compresibilidad para el rango de temperatura establecida.
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