Determinación De La Constante Del Aire Como Gas Ideal

Termodinámica General y Laboratorio – IWM210, Andrés Olivares.
Informe de Laboratorio 1 – Determinación de la constante del aire como gas ideal
Edgar Gavilán, Daniel Ortiz, Anwar Salamé, Miguel Salvatierra.
Universidad Técnica Federico Santa María
Departamento de Ingeniería Mecánica
June 10, 2011
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Resumen: En esta experiencia se midióexperimentalmente la presión del aire dentro de un recipiente a distintas temperaturas por un periodo considerable de tiempo. Se calculó experimentalmente la constante del aire considerando que este es un gas ideal para cada una de estas medidas. Se comprobó que a medida que aumenta la temperatura, la presión aumenta en la misma proporción. Se encontraron errores menores al 3% con respecto a losvalores teóricos esperados.

1.- Introducción a la teoría
En esta experiencia se utilizó un sistema cerrado que consiste en aire encerrado en un recipiente cilíndrico de aluminio, al cual se procederá a cambiar sus condiciones de temperatura y presión, para así conocer su comportamiento según la ley de los gases ideales, cuya ecuación de estado está determinada por:
Pv=RT [1]

En estaecuación P representa la presión absoluta dentro del recipiente en [kPa], v es el volumen especifico en m3kg, T es la temperatura en un deteminado instante del proceso termodinámico medida en [K], y R la constante de gas ideal en kJkg∙K.
Si el aire presenta un comportamiento de gas ideal, R debe ser una constante, por lo tanto en nuestra experiencia este valor debería ser similar en todos los estadostermodinámicos estudiados.
Se debe tener en consideración los supuestos que rigen esta experiencia:

1.- El sistema es cerrado, y por ende no hay intercambio de masa.
(min=mout=0)
2.- El sistema es isocórico, luego no hay trabajo de frontera ni trabajo de eje debido a que le volumen es constante.
(Wfrontera=Weje=0)
3.- El sistema no se considera adiabático, ya que hay intercambio de calor.(Q≠0)

2.- Procedimiento experimental
El recipiente de aluminio tiene un volumen de V=1,8732·10¯4 [m³]. La presión y temperatura ambiente son P=101,5 [kPa] y T=286,15 [K].
El volumen específico del aire fue calculado a partir de la densidad obtenida de la referencia 1 cuando la temperatura es de 273,15 [K] y la presión de 101,325 [kPa], cuyo valor es de v=0,77399 m3kg.
A manera de corroborarla ley de los gases ideales, se dispuso de un recipiente de aluminio lleno de aire inicialmente a T=273,95[K] y P=101,4[kPa] como muestra la Figura 1. Este recipiente de aluminio (3) se ubicará en un contenedor con agua a diferentes temperaturas (4), hasta que el recipiente de aluminio alcance el equilibrio térmico. Inicialmente se encontrará en un contenedor con agua a T=273,95[K] y se cambiarápor agua a mayor temperatura en intervalos de 5 minutos.
Como el recipiente posee una válvula de no-retorno, no podrá salir masa del recipiente. Además, al ser isocórico implicará que el volumen específico se mantendrá constante y se procederá a medir la variación de presión dentro del envase y la temperatura del contenedor de agua, en equilibrio térmico con el recipiente.
Para poder medir lavariación de temperatura y presión dentro del recipiente, se utilizó un sensor de presión absoluta PASCO CI-6532A (1) y un sensor de temperatura de acero inoxidable PASCO CI-6605 (2), ambos sostenidos por unas pinzas (5) fijadas a un pedestal (6), conectados al computador (8) por medio del Science Workshop 500 Interfase PASCO CI-6400 (7). Utilizando el software DataStudio para PC, se realizaronmediciones de la temperatura y la presión medida por los sensores en intervalos de 1 minuto.
Después de 2520 segundos se dejan de tomar mediciones.

Figura 1: Imagen que muestra la disposición del equipo utilizado en la experiencia. En el texto aparecen indicados que elemento corresponde a cada número, por ejemplo: pedestal (6).

3.- Resultados obtenidos
Se midieron 5 valores de presión y...