TERMODINÁMICA CONSTRUCCIÓN DE UN DISPOSITIVO PARA LA MEDICIÓN DE LA PRESIÓN CON LA APLICACIÓN DE LA LEY DE LA HIDROSTÁTICA

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Nombre(s) del alumno(s) y/o Equipo:                     Fecha: 05 de febrero de 2016                                                                 

Sánchez Aguilar, Laura Ruth[pic 3]

Muñoz Pérez, Saurin

León López, Erasmo Daniel

INTRODUCCIÓN: El estudio de la termodinámica involucra la mayor parte de los sucesos de la vida diaria, desde las funciones biológicas de los seres vivos hasta complicados procesos industriales, los cuales implican balances de materia y energía para obtener un mejor aprovechamiento de los recursos involucrados en ellos.

Las leyes que rigen los fenómenos de la termodinámica se expresan mediante ecuaciones entre magnitudes físicas, como la presión, viscosidad, etc., que es preciso medir. La medida es un número expresado en un sistema de unidades.

OBJETIVO GENERAL: Construcción de un dispositivo para la medición de la presión con la aplicación de la ley de la hidrostática.

OBJETIVO PARTICULAR: Identificar y manejar los conceptos básicos utilizados en la termodinámica.

JUSTIFICACIÓN: El alumno aplicará los conocimientos vistos en clase con respecto a la medición de la presión utilizando dispositivos de manómetro en U. Además aplicará su ingenio para resolver este problema.

DESARROLLO EXPERIMENTAL:

I. Material

• Manómetro en U construido (Ver Figura 1 como ejemplo de construcción, usar papel cascarón, tliplay, o cualquier otro tipo de material que sirva de soporte del manómetro, en el centro dibujar o pegar regla graduada o cinta métrica, usar manguera transparente de 1cm de diámetro y 80 cm de largo)
• Jeringa de 10mL
• Calculadora
• Tablas de conversión
• Cinta de aislar

Material de Laboratorio

• Matraz Kitasato de 250mL,
• Parrilla de calentamiento
• Termómetro 100°C
• Soporte Universal
• Pinzas de 3 dedos
• 1 tapón de caucho para termómetro

II. Procedimiento

1.- Introducir  la manguera al tubo lateral del matraz y un termómetro en la parte superior del matraz. Selle perfectamente de tal forma que no vaya a haber fugas de aire por el orificio en que se introdujo el termómetro ni por el espacio entre la manguera y el matraz.

2.- Introducir agua dentro manómetro de tubo en U (manguera en forma de U), puede adaptar una válvula al extremo de la manguera que estará interconectado con el matraz.

3.- El manómetro deberá tener una cinta métrica como se ilustra en la fig.1.

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Fig. 1  Manómetro en U

III. Mediciones de Presión. 

1.- Mida la altura de la columna de agua que se forma.

2.- Aumente la temperatura del aire encerrado dentro del matraz y mida a intervalos cortos de la misma, como varía la altura de la columna líquida. Estime la presión que hay en cada punto en el que midió la altura. Haga un gráfico de todas las variables.(  T, P, tiempo, Volumen)

3.- A partir de las mediciones anteriores determine la presión absoluta. Considere la presión atmosférica de Puebla.

4.- Coloque en uno de los brazos del manómetro una jeringa, de manera lenta succione. Mida cuantos mm se ha desplazado la columna de agua (manómetro).Anote las lecturas en la siguiente tabla: (Estas mediciones serán a temperatura ambiente).

Marco Teórico

En la práctica se observará la presión que se entiende como la fuerza que ejerce un fluido estático sobre un objeto (Montiel, 2014), y es debida al bombardeo de sus límites  fijos  por las moléculas en movimiento de dichos fluidos  la presión en cualquier punto de un fluido es la misma en todas direcciones, es decir, tiene magnitud pero no dirección específica y por lo tanto es una cantidad escalar (Yunes A. çengel, 2011). Se habla de presión sólo cuando se trata de gas o líquido, mientras que la contraparte de la presión en los sólidos es el esfuerzo normal.

Existen cuatro tipos de presiones:

Presión manométrica: También conocida como presión hidrostática ya que es por medio del manómetro que es medida esta presión que ejerce un fluio. Cuando se calcula la presión hidrostática, la fuerza aplicada corresponde al peso específico del fluido y no depende del área del recipiente con el que el fluido tiene contacto, sino de la altura (profundidad) que tenga.  (Wark, 2001) O bien, Un manómetro se usa para medir la presión en un recipiente (Yunes A. çengel, 2011).
Presión Barométrica: presión que ejerce la atmósfera que rodea la tierra sobre todos los objetos que se hallan en contacto con ella. La presión atmosférica cambia con la altitud, a mayor altitud menor presión atmosférica, un aumento en altitud de 1 000 m representa una disminución de presión atmosférica de aproximadamente 100 hPa (Asociados, 2005).

Presión Absoluta: Es la presión real en una determinada posición y se mide respecto al vacío absoluto, calibrado al cero absoluto en la atmósfera.

Presión de Vacío: Se le llama a una presión manométrica negativa, y los gases son capaces de leer estas presiones. En otras palabras, presiones pr debajo de la atmóferica. (John R. Howell, 1990)

Por otro lado el manómetro está fundamentado en el uso de una columna de fluido para medir diferencias de presión, comúnmente se usa para medir diferencias de presión pequeñas y moderadas. Un manómetro consta principalmente de un tubo en U de vidrio o plástico que contiene uno o más fluidos como mercurio, agua, alcohol o aceite (Yunes A. çengel, 2011).

Aunque para entender la presión se necesita más conceptos, sobrecargar el marco teórico no es el objetivo; sin embargo los anteriores conceptos no importante para el entendimiento de esta práctica.

Las válvulas de alivio de presión, también llamadas válvulas de seguridad o válvulas de alivio, están diseñadas para aliviar la presión cuando un fluido supera un límite preestablecido (presión de tarado). Existen también las válvulas que alivian la presión de un fluido cuando la temperatura (y por lo tanto, la presión) supera un límite establecido (Michele, 2012).

Fundamento

Formulas aplicadas en el cálcula de la presión dada por el manómetro es:

P= ρhg

Donde:

ρ: la presión del fluido dentro del manómetro

h: cambio de altura final menos altura inicial

g: gravedad

No obstante, la presión manométrica no es la única presente, como fue expuesto en el marco teórico, sino que para obtener la presión absoluta se necesita saber la presión atmosférica y sumarlo con la presión manométrica; es decir:

Pabs= Pman + Patm

Teniendo en cuenta lo anterior la presión atmosférica que es tomada en esta práctica es la correspondiente a la ciudad Heroica Puebla de Zaragoza, equivalente a 77, 067 Pa. (DIAU-BUAP, 2008 ).

Puesto que la presión se define como la fuerza por unidad de área, tiene como unidad los Newton por metro cuadrado (N/m2), también conocida como pascal (Pa). Es decir,

1 Pa =1 N/m2

La unidad de presión pascal es demasiado pequeña para las presiones que se suscitan en la práctica. De ahí que su múltiplo kilopascal (1 kPa = 103 Pa) (Yunes A. çengel, 2011).

Teniendo en cuenta que la presión del fluido que constituye el manómetro es agua la presión del fluido es  1000kg/m3, unidad de presión utilizada es de 1 mm H2O = 9.80665 Pa. (---, s.f.).

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