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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICO FACULTAD DE INGENIERIA

LABORATORIO DE TERMODINAMICA PRACTICA # 1: PRESIONES Profesor: Bautista.

Abraham

Laurencio

Martínez

Equipo #1: Justo González Alejandro. Teoría: 7

Grupo

Grupo de laboratorio: 17 Fecha de entrega: 16/02/12 OBJETIVO: 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.

INTRODUCCION: En algunas ocasiones se entiende por presión, a la fuerza normal por unidad de área que actúa sobre la superficie de un sistema, lo que en realidad es un esfuerzo cortante. La presión hidrostática estudia los fluidos sin movimiento y para la presente práctica se utilizará el modelo matemático: P=pgh el cual es la base para calcular las presiones con diversos fluidos. Existen diferentes tipos de presiones comunes en la práctica de la ingeniería: presiones manométricas y presiones absolutas. Las presiones medidas con respecto a la presión atmosférica local son llamadas presiones manométricas, mientras que las que se miden con respecto al cero absoluto de presión se llaman presiones absolutas. La presión absoluta es la suma de la presión manométrica y la presión atmosférica. Cabe destacar que la presión manométrica negativa “menor que la presión atmosférica” se le llama presión vacuométrica. Las presiones en los fluidos pueden medirse con una variedad de aparatos eléctricos o mecánicos; calibradores Bourdon, transductores de presión, los mas usados son el manómetro y barómetro. Un manómetro emplea un tubo lleno con un fluido, el tubo está conectado a un recipiente que encierra a un fluido. La diferencia de presión entre dos superficies en el fluido del manómetro está separada por una altura diferencial. El barómetro es usado para medir la presión atmosférica, utiliza mercurio como fluido de medición, el mercurio tiene un peso que es 13 veces al del agua, las mediciones de la presión atmosférica son realizadas con una columna compacta de líquido.

METODOLOGIA: Actividad # 1: 1.1-

Recibir el material para realizar las actividades (capsula de porcelana, flexometro, jeringa de 5ml, vaso de precipitados con mercurio, tubo de vidrio 60 cm de longitud y manómetro diferencial).

1.2-

Antes de empezar con las actividades, es necesario protegerse con guantes de látex, bata y lentes de seguridad para evitar accidentes.

1.3-

Construir el barómetro de Torricelli y determinar durante tres eventos la presión atmosférica dentro del laboratorio de termodinámica.

1.4-

Sumergir la campana que está conectada al manómetro diferencial en el líquido refrigerante y observar la diferencial (altura) cuando cambia el nivel del líquido al ser sumergido al refrigerante.

1.5-

Tomar lecturas de la diferencia de niveles del liquido manométrico que se establece entre los ramales del manómetro al sumergir la campana a distintas profundidades.

1.6-

Calcular las diferencias de presiones obtenidas.

1.7-

Calcular la presión absoluta, una vez obtenidas las presiones atmosférica y manométrica.

1.8-

Realizar y analizar el gráfico.

DESARROLLO: Para empezar con las actividades a realizar, se acataron las normas del laboratorio portando bata, guantes de látex y lentes de seguridad para evitar cualquier accidente con las sustancias a experimentar. Posteriormente se recogió el material y se revisó que estuviese en buen estado. Se debía construir el barómetro de Torricelli y para esto llenábamos la jeringa con mercurio y después teníamos que llenar el tubo de 60 cm de longitud con mercurio, teniendo cuidado de que no se formaran burbujas de aire, después se introducía en posición vertical el tubo en la capsula previamente llena de mercurio, al instante que se dejaba caer el tubo a la capsula, se tenía que medir la altura de la columna de mercurio en el nivel superior del menisco, este experimento se debía de realizar 3 veces. Los datos con los cuales contábamos son: La densidad del mercurio: 13600 Kg/m3 La fuerza de gravedad: 9.78 m/s2 La altura medida en cm a convertir a metros. Utilizando el modelo P=pgh para determinar la presión atmosférica dentro del laboratorio de termodinámica. Una vez calculado los 3 eventos (tres presiones atmosféricas) se calculó el promedio de la presión atmosférica. Con el manómetro diferencial sumergimos la campana de inmersión que estaba conectada al manómetro, con el refrigerante se observó el nivel en el cual el líquido variaba de profundidad. Mientras se sumergía cada centímetro la campana en el líquido, se registraron las diferencias de altura de cada nivel entre los ramales del manómetro. Para esta actividad se tenían los siguientes datos: La densidad del refrigerante: 1100 Kg/m3 La fuerza de gravedad: 9.78 m/s2 La diferencia de altura

Z

Con estos datos y el modelo P=pgh se calculó la presión manométrica y a la vez se le sumó la presión atmosférica y se obtuvo la presión absoluta con la suma de las presiones atmosférica y manométrica. Por último se elaboro la gráfica presión vs profundidad.

RESULTADOS: Resultados obtenidos con el barómetro de Torricelli: Evento 1

PHG 13600 Kg/m3

2 Kg/m Kg/m

3

3

h 0.575m

9.78

0.575m

m/s2 13600

3

g 9.78

m/s

2

m/s

2

13600

Patm 76,479.6 Pa 76,479.6 Pa

9.78

0.577m

76,745.61 Pa Pr

omedio Patm=

76,568.27 Pa

Resultados obtenidos con el manómetro obtención del valor de la presión absoluta: Profundi dad 1 cm

0.017m

2 cm

0.018m

3 cm

0.027m

4 cm

0.034m

5 cm

0.043m

6 cm

0.056m

Gráfica: Pabs

Z

prefrigerante 1100Kg/ m3 1100Kg/ m3 1100Kg/ m3 1100Kg/ m3 1100Kg/ m3 1100Kg/ m3

g

Pman

9.78 m/s2 182.88 Pa 9.78 m/s2 193.64 Pa 2 9.78 m/s 290.46 Pa 2 9.78 m/s 365.77 Pa 9.78 m/s2 462.59 Pa 2 9.78 m/s 602.44 Pa

diferencial Patm 76,568.2 7 Pa 76,568.2 7 Pa 76,568.2 7 Pa 76,568.2 7 Pa 76,568.2 7 Pa 76,568.2 7 Pa

y Pabs 76,751.1 5 Pa 76,761.9 1 Pa 76,858.7 3 Pa 76,934.0 4 Pa 77,030.8 6 Pa 77,170.7 1 Pa

m

ANALISIS DE RESULTADOS: Se verificó que los resultados fueran congruentes, además de que se trabajaron con las unidades de pascales (Pa) para la presión y para la profundidad los cm se convirtieron a metros. La densidad del refrigerante es 1100Kg/m3 su presión manométrica (vacuometrica) fue menor a la de la presión atmosférica, puesto que el mercurio es 13 veces más denso que el refrigerante se obtuvo mayor cantidad en la presión atmosférica.

CONCLUSION: Es importante saber y tener idea de los diversos tipos de presiones para poder aplicar el concepto y resolver problemas de ingeniería. La aplicación de la termodinámica requiere de infinidad de conceptos y como es el caso la presión puede determinar el funcionamiento de un sistema junto con otros factores como temperatura, calor, etc. Un ejemplo de la presión es cuando un motor de combustión interna mueve los

pistones para producir un trabajo, en realidad importa el desempeño que tendrá el motor de un automóvil al estar al nivel del mar (aumenta la presión atmosférica) a estar a una altura sobre el nivel del mar (disminuye la presión atmosférica) para hacer más eficiente el trabajo con poco combustible. En la práctica se verificó que en el barómetro de Torricelli se registra una presión atmosférica cerca a la establecida. Para medir la presión de los fluidos se utiliza la ecuación P=pgh ó ecuación de la hidrostática. En el manómetro diferencial habrá una diferencia de altura mayor mientras se experimente con un liquido de alta densidad como el mercurio y depende de la profundidad con la que se meta la campana.