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UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA FACULTAD DE INGENIERÍAS ESCUELA DE MECÁNICA LABORATORIO DE TERMODINÁMICA

GUIA DE PRÁCTICA Nº 1

TEMA: Primera ley en sistemas cerrados. 1.- OBJETIVO GENERAL Realizar la práctica con el fin de analizar la primera ley en un sistema cerrado. OBJETIVOS ESPECIFICOS  Conocer los distintos materiales a usar en la práctica.  Determinar las temperaturas y el calor sensible y latente absorbido por el agua utilizando diversos instrumentos (termómetros y termocuplas).  Crear una hoja de proceso, con la secuencia de pasos lógicos y consecutivos hasta conseguir la práctica de laboratorio.

 Analizar los resultados obtenidos 2.- MARCO TEORICO Las ideas acerca de la naturaleza del calor han variado apreciablemente en los dos últimos siglos. La teoría del calórico o fluido tenue que situado en los poros o intersticios de la materia pasaba de los cuerpos calientes en los que supuestamente se hallaba en mayor cantidad a los cuerpos fríos, había ocupado un lugar destacado en la física desde la época de los filósofos griegos. Calor representa la cantidad de energía que un cuerpo transfiere a otro como consecuencia de una diferencia de temperatura entre ambos. El tipo de energía que se pone en juego en los fenómenos caloríficos se denomina energía térmica. El carácter energético del calor lleva consigo la posibilidad de transformarlo en trabajo mecánico. Sin embargo, la naturaleza impone ciertas limitaciones a este tipo de conversión, lo cual hace que sólo una fracción del calor disponible sea aprovechable en forma de trabajo útil. La temperatura se mide en unidades llamadas grados, por medio de los termómetros, esto se refiere que para medir la temperatura utilizamos una de las magnitudes que sufre variaciones linealmente a medida que se altera la temperatura. Mide la concentración de energía y es aquella propiedad física que permite asegurar si dos o más sistemas están o no en equilibrio térmico (cuando dos cuerpos están a la 1

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misma temperatura), esto quiere decir que la temperatura es la magnitud física que mide cuan caliente o cuan frío se encuentra un objeto. Temperatura es el promedio de la energía cinética de las moléculas de un cuerpo. La relación es que la temperatura mide la concentración de energía o de velocidad promedio de las partículas y el calor como medio de energía térmica en transito. Para una mejor explicación de esta relación lo mostraremos con un ejemplo: si ponemos un recipiente con agua representa la cantidad de calor que un cuerpo sede o absorbe en un instante dado, el nivel que esta alcanza representa su temperatura. Si la cantidad de agua, sube el nivel, esto es, si aumenta la cantidad de calor que posee el cuerpo, aumenta también su temperatura. Otro ejemplo se nota cuando encendemos un fósforo, se logra una alta temperatura pero bajo contenido calórico. La temperatura es independiente de la cantidad de sustancia, el calor en cambio depende de la masa, de la temperatura y del tipo de sustancia.

3.- MATERIAL Y EQUIPO  Recipiente graduado para la recolección del líquido a calentar.  Termómetro bimetálico.  Termocupla.  Depósito con una resistencia eléctrica.  Agua (4 y 5 litros).  Cronometro, amperímetro.

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4.- PROCEDIMIENTO Para la ejecución de esta práctica de laboratorio se toma como punto de partida el aumento de temperatura, al que va hacer expuesto el líquido. 1) Medir el volumen de agua que se va a calentar sea de 4 ó 5 litros. 2) Agregar el volumen de agua recolectado en el interior del deposito, en donde; se realizará el cambio de temperatura del liquido. 3) Conectar al sistema eléctrico la termocupla y la resistencia eléctrica. 4) Prender la termocupla ON. 5) Colocar los vástagos de la termocupla y termómetro bimetálico en el lugar indicado (asegúrese que los vástagos topen el fluido a calentar). 6) Prender la resistencia eléctrica. 7) Recolectar las temperaturas dadas y anotarlas en la hoja de datos. 8) Anotar el tiempo y la temperatura a la que el líquido empezó a hervir. 9) Mezclar con agua fría e identificar la temperatura de mezcla. 10) Apagar la resistencia eléctrica. 11) Desalojar el liquido caliente que se halla en el deposito (cerciórese de recolectar el liquido caliente en el recipiente graduado). 12) Observar el cambio de volumen después de que se calentó el líquido. 13) Desconectar tanto la termocupla como la resistencia eléctrica del sistema eléctrico.

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HOJA DE DATOS

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA FACULTAD DE INGENIERÍAS ESCUELA DE MECÁNICA LABORATORIO DE TERMODINÁMICA TEMA: CALOR Y TEMPERATURA

Liquido: AGUA Volumen inicial : 4 LITROS Volumen final: Masa: Tiempo (min)

Temperatura (ºC) Termocupla

Termómetro

Termómetro de

bimetálico

mercurio

Mezcla

Temperatura1

Temperatura2

Temperatura3

Volumen 1

Volumen 2

Volumen 3

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UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA FACULTAD DE INGENIERÍAS ESCUELA DE MECÁNICA LABORATORIO DE TERMODINÁMICA TEMA: CALOR Y TEMPERATURA

Liquido: AGUA Volumen inicial : 5 LITROS Volumen final: Masa: Tiempo (min)

Temperatura (ºC) Termocupla

Termómetro

Termómetro de

bimetálico

mercurio

Mezcla

Temperatura 1

Temperatura 2

Volumen 1

Volumen 2

Volumen 3

Temperatura 3

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5.- INFORME 5.1 FLUJOGRAMA DE PROCEDIMIENTO REALIZADO DURANTE LA PRÁCTICA. 5.2 ANALISIS DE RESULTADOS  Calcular la temperatura final de la mezcla.  Determinar la potencia de la resistencia eléctrica que fue utilizada.  Realizar la curva calor vs temperatura.  Realizar la curva volumen especifico vs temperatura.  Realizar la curva presión vs volumen específico.  Analizar los resultados obtenidos.

5.3 CUESTIONARIO Y PROBLEMAS  Qué es temperatura y sus escalas.  Qué es calor sensible y calor latente en una sustancia pura? Gráficos P-v y T-v  ¿Qué es termómetro, clasificación termómetros industriales y sus aplicaciones?  Explique como influye la presión atmosférica en el punto de ebullición del agua.  Calcular el calor el calor sensible y calor latente con los datos obtenidos utilizando la tabla termodinámica y las temperaturas.  ¿Qué es calor latente de fusión y de evaporización? Cuáles son los valores para el agua y como se utiliza?

1. Se hierve agua a nivel del mar en una olla de acero inoxidable de 30 cm de diámetro colocada sobre una parrilla eléctrica de 3KW. Si 60% del calor generado por la parrilla se transfiere al agua durante la ebullición, determine la tasa de evaporación del agua. 2. Repita el problema 1 para un lugar situado a una altura de 1500m donde la presión atmosférica es de 84.5 KPa y, por lo tanto, la temperatura de ebullición es de 95 0C. 3. Se hierve agua a una atmosfera de presión en una vasija de acero inoxidable cuyo interior mide 25cm de diámetro y que está sobre una estufa eléctrica. Si se 6

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observa que el nivel de agua de la vasija disminuye 10cm en 45min. Determine la velocidad de transferencia de calor a la vasija. 4. Retome el problema 3 y considere que la vasija se halla en un sitio a una altura de 2000m, donde la presión atmosférica estándar es de 79.5 KPa. 5. En cierto lugar mediante una parrilla eléctrica de 2 KW se suministra calor para hervir el agua contenida en una olla provista con una tapa mal ajustada. La cantidad de agua en la olla disminuye 1.19 Kg en 30 minutos. Si se estima que el 75% de electricidad que consume la parrilla se transfiere al agua como calor, determine la presión atmosférica en ese lugar. 6. Se hierve agua a 1 atm de presión en una cafetera equipada con un elemento de calentamiento eléctrico que funciona por inmersión. Al comienzo, la cafetera contiene 1 Kg de agua, pero una vez empieza la ebullición la mitad del agua se evapora en 18 minutos. Si la pérdida de calor en la cafetera es insignificante, determinar la potencia nominal del elemento de calentamiento. 7. Una vasija de acero inoxidable hierve agua a 1 atm de presión, después se observa que 2 Kg de agua liquida se evaporan en 30 min. Determinar la tasa de transferencia de calor. 8. A nivel del mar se hierve agua en un recipiente que se halla sobre una estufa. Durante 10 min de ebullición se evaporan 200 gramos de agua, determinar la tasa de transferencia de calor hacia el agua. 9. Una cafetera equipada con un elemento de calefacción eléctrica por inmersión hierve agua a nivel del mar. La cafetera contiene 1 L de agua cuando está llena. Una vez que comienza la ebullición, se observa que la mitad del agua se evapora en 25 minutos. Determine la potencia nominal del elemento eléctrico sumergido en el agua y cuanto tiempo tarda este calentador en elevar la temperatura de 1L de agua fría desde 18 0C hasta la temperatura de ebullición. 10. En un vaso se tiene agua con una masa de 0.45 Kg a 20 0C y se enfriará hasta 0 0

C añadiéndose cubos de hielo a 0 0C. El calor latente de fusión del hielo es 334

KJ/Kg, mientras que el especifico del agua es 4.18 KJ/Kg0C. determinar la cantidad de hielo que se debe agregar para lograr este fin.

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11. Un calentador de resistencia eléctrica de 2 KW sumergido en 5 Kg de agua se enciende y se mantiene así durante 10 minutos. Durante el proceso, del agua se pierden 300 KJ de calor. Determinar el aumento de temperatura del agua. 6.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. 7.- ANEXOS ( Planos, hoja de datos, catálogos, fotos,etc) 8.- BIBLIOGRAFIA. NOTA.- El documento debe entregarse: Carátula según formato de tesis Índice Referencias bibliográficas del texto, gráficos, tablas, pie de página, etc.

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