Determinación de la constante de gas ideal a Temperatura constante

Termodinámica General y Laboratorio –
– Determinación de la constante de gas ideal a Temperatura constante

Resumen En este trabajo se midió la diferencia de altura de las columnas de un Equipo para determinar la constante de los gases a Temperatura constante, con el fin de obtener experimentalmente el valor de la constante universal de los gases y la constante del aire. Se comprobó que elaire si puede ser considerado como un gas ideal, y que los valores teóricos de R aire y del R u representan lo obtenido en condiciones reales. Se presenta el procedimiento de medición, tablas o gráficos de los valores medidos, y conclusiones. Se encontró que el error al considerar al aire como gas ideal es razonable debido a que a presión y temperatura ambiente, los componentes del gas seencuentran en un estado termodinámico apartado de la región de saturación.
1 Introducción a la teoría
En esta experiencia se consideró al aire ambiental como un gas ideal.
Consideramos las ecuaciones indicadas en el texto guía del curso [1] para el análisis de gases ideales:
P v = RT (1)
Donde P representa la presión en Pa, v representa volumen específico del gas en m3/kg, R representa la constantedel gas estudiado y T representa la temperatura en K.
v = V / m (2)
Donde v representa el volumen específico en m3/kg, V representa el volumen en m3 y m representa la masa en kg.
R = Ru / M (3)
Donde R es la constante del gas en J/(Kg*K), Ru es la Constante universal de los gases en kJ/(kmol*K) y M representa la masa molar del gas en kg/kmol.
Además para poder determinar la constanteusaremos:
P = ρ g h (4)
Donde P representa la presión en Pa, ρ representa la densidad en kg/m3, y g representa la aceleración estándar de la gravedad.
m = ρ V (5)
Donde m representa la masa en kg, ρ representa la densidad en kg/m3 y V representa el volumen en m3.
Las suposiciones utilizadas para aplicar la ecuación ( 1 ) fueron las siguientes:
1. El aire se comporta como gas ideal es debido aque a presión y temperatura ambiente, los componentes del gas se encuentran en un estado termodinámico apartado de la región de saturación.
2. La temperatura se mantiene constante.
Para la ecuación (3) R y M se consideran para el aire, donde los valores teóricos son: M aire = 28,97 kg/kmol, R aire = 287 [J/(Kg*K)], Ru = 8,314 [kJ/(kmol*K)].
Para la ecuación (4) utilizamos ρ aire = 1,188[Kg/m3], ρ mercurio=13600 [Kg/m3] y g = 9,80665 [m/s2]
2 Procedimiento experimental
Para medir la altura de las columnas se utilizó una reglilla marca CENCO (de rango 0 a 1350 mm y resolución 0,1 mm) dispuesta atrás de ellas. Para el registro de la temperatura se utilizó un termómetro marca BRANNAN (de rango -20 a 110 ºC y resolución de 1 ºC) para medir la temperatura ambiente.
Al comenzary al finalizar la experiencia se registró la presión atmosférica, humedad relativa y temperatura ambientales con el fin de confirmar que las condiciones no hayan cambiado en el transcurso de la experiencia.
Utilizamos el “Equipo para determinar la constante de los gases ideales a temperatura constante”, en este caso a temperatura ambiente, variando la altura de sus respectivas columnas demercurio, y de esta forma provocando un cambio en la presión y volumen del aire encerrado en el equipo. Así obtenemos los diferentes volúmenes, y con la diferencia de altura, las presiones. El esquema del equipo se presenta en la figura 1.




Columna 2



Columna 1


Figura 1: Esquema del equipo para determinar la constante de los gases ideales



Una vez registradaslas condiciones ambientales se fija el cilindro cerrado del aire en 12 [cm3] como condición inicial, donde las columnas tienen la misma altura. Se procede a medir la altura de cada columna luego de ir disminuyendo en 1 [cm3] el volumen de aire contenido, al elevar la columna 2 mediante el tornillo para el ajuste de la columna de mercurio. Esto se realiza hasta llegar a 6 [cm3].
3 Resultados...