LABORATORIO DE TERMODINÁMICA.

Transcripción

1 LABORATORIO DE TERMODINÁMICA. PRÁCTICA 1: TÍTULO DE UN VAPOR HÚMEDO. GRUPO: X17S1M4 INTEGRANTES: -JOSE MARÍA SANZ SANZ. -ADRIÁN DÍAZ GIMENO.

2 INTRODUCCIÓN En esta práctica tenemos como objetivo determinar el título o calidad de un vapor húmedo. Para ello sabemos que un determinado vapor tiene un componente dominante en estado gaseoso y otro en menor cantidad que se mantiene en estado líquido. El resultado de dividir el vapor en estado gaseoso entre el total nos determina la calidad del gas que hemos sometido a estudio, en nuestro caso el agua. De esta forma intentaremos obtener un valor próximo al 1, que equivaldría a un vapor al 100%. MATERIAL EMPLEADO En nuestra mesa de trabajo disponemos del siguiente material: Calorímetro, es el aparato sobre el que trabajaremos. Termómetro. Barómetro. Cronómetro. Báscula. Calderín con agua, donde obtendremos el vapor. Tendrá un punto de fuga al cual se conectara una manguera con la que se lleva el vapor de agua al calorímetro. Mechero o resistencia para calentar el calderín. Agua y cubitos de hielo. PROCEDIMIENTO Para comenzar colocamos el calderín con agua al fuego para ir calentando el agua y conseguir así el vapor que necesitamos para el experimento. Pesamos el calorímetro vacío. Echamos en el calorímetro agua fría que esté entorno a los 15 grados de temperatura.para ello, si es necesario, echamos unos hielos y medimos con el termómetro. Hacemos una primera pesada del recipiente con agua.como diferencia entre esta pesada y la anterior del calorímetro, obtenemos la cantidad de agua inicial del calorímetro. Una vez tenemos el vapor que sale del calderín introducimos la manguera por donde sale el vapor en el calorímetro e introducimos el termómetro para poder hacer una medida detallada del aumento de la temperatura cada 20 segundos. 2

3 Dichos datos acerca de la evolución de la temperatura se muestran en las tablas de los siguientes apartados. Una vez obtengamos un estado de equilibrio térmico durante las siguientes mediciones, procedemos a extraer el termómetro y la manguera del calderín y pesamos nuevamente el calorímetro. Por el mismo procedimiento que el anterior obtenemos la masa de agua final del calorímetro. Para terminar, debemos tener en cuenta las condiciones ambientales de nuestra zona de trabajo.para ello hacemos uso primero de un termómetro para saber la temperatura ambiente,, (dejar en una zona seca y esperar a que se estabilice) y para obtener la presión atmosférica,, utilizamos un barómetro de mercurio. Este dato de presión debe ser corregido con las tablas que se facilitaron en el laboratorio. Con estos datos y con la ayuda de las tablas nos encontramos en disposición de obtener otros como las entalpías y finalmente la calidad del vapor, que llamamos. Resultado de los datos obtenidos experimentalmente: 3

4 Tabla Temperatura-Tiempo TIEMPO (s) TEMP.( C) 20 17, , , , , , , , , , , , , ,8 43,8 43,8 43, ,8 Temperatura (ºC) Tiempo (s) FÓRMULAS A EMPLEAR A partir de fórmulas conocidas vamos a intentar llegar a una expresión del título del vapor lo más sencilla posible y que utilice los datos que tenemos a nuestra disposición. Sabemos que la expresión del título del vapor es la siguiente: De aquí vamos a obtener los valores de la masa de vapor saturado de agua líquida : y la masa Ahora vamos a ver la expresión del calor absorbido por el calorímetro: El calor cedido por el vapor lo calculamos como diferencia de las entalpías en los estados inicial y final. En el estado inicial tenemos vapor y líquido a la temperatura del vapor (presión atmosférica), mientras que en el final sólo tenemos líquido, pero a la temperatura final : 4

5 Como el calor absorbido y cedido es el mismo, igualamos ambas expresiones: ( ) En esta expresión del título del vapor, las magnitudes que intervienen son: Masa de agua inicial del calorímetro. Equivalente en agua del calorímetro : podemos suponer el calorímetro como una masa de agua que absorbe la misma cantidad de calor. Temperaturas inicial y final. Masa total añadida a la inicial del calorímetro, con la cantidad de agua final del calorímetro. Entalpías específicas del vapor saturado, del agua líquida a la temperatura del vapor y del agua líquida a la temperatura. ANÁLISIS DE DATOS Nuestro objetivo con esta práctica es llegar a calcular el título o calidad del vapor que tenemos en el interior del calderín. Para ello vamos a utilizar la expresión que encontramos antes: De todos los datos que necesitamos, sólo tenemos las temperaturas inicial y final, así que vamos a calcular el resto: Equivalente en agua del calorímetro La expresión para calcular el equivalente en agua de un calorímetro es: Sabiendo que el calor específico de nuestro calorímetro es 0,212 cal/g ºC. Masas de agua ( y ) La masa de agua es la masa de agua inicial del calorímetro, y la calculamos con la masa inicial : 5

6 Por otra parte, la masa es la masa final de agua que hay en el calorímetro, y la calculamos con la masa final : Entalpías específicas (, y ) Estos tres datos se obtienen de la tabla de magnitudes termodinámicas proporcionada en el laboratorio. La entalpía específica del vapor saturado se mide a la presión atmosférica una vez corregida. Como nuestra presión no aparece en la tabla, tenemos que interpolar para encontrar nuestro resultado. Para ello tomamos los valores más próximos y, siendo las los valores de presión y las los valores de entalpía del vapor: La entalpía específica del agua líquida se mide de la misma forma que la del vapor, con la salvedad de que tenemos que tomar en los valores que aparecen en la columna del agua líquida: Por último, para calcular la entalpía del agua líquida a la temperatura final en la tabla tenemos que tomar como valores de la temperatura y de la entalpía del agua líquida. Como tomamos los pares de valores y : Una vez que hemos calculado todos los datos que necesitábamos, podemos aplicar la expresión del título de un vapor a la que llegamos antes: 6

7 COMENTARIOS SOBRE LA PRÁCTICA En este apartado vamos a analizar los resultados obtenidos en el apartado anterior y ver hasta que punto son fieles a la realidad. El objetivo de esta práctica era, como vimos al principio, determinar el título o calidad de un vapor húmedo. Esta magnitud es una relación entre la cantidad de vapor en estado gaseoso y la cantidad total de vapor. Al ser una relación, el valor numérico del título del vapor puede oscilar entre 0 y 1, donde el 1 implica un vapor de la mayor calidad en el que no existe vapor en estado líquido. En vista de esto, observamos que el título del vapor utilizado en la práctica toma un valor dentro de los posibles. Este resultado quiere decir que la calidad de nuestro vapor es del, es decir, que el de nuestro vapor está en estado gaseoso. 7