Laboratorio De Propiedades Termodinamicas: Relación De Calores Específicos

RELACIÓN DE CALORES ESPECÍFICOS

Freddy Alberto Rovira Meza, Andrés Felipe Sarmiento Sánchez, Nevardo Bello Yaya Departamento de Ingeniería Química y Ambiental, Grupo A 1. OBJETIVOS Aplicar los principios termodinámicos en la determinación del coeficiente de expansión adiabática de dos gases que se suponen ideales. Determinar el coeficiente de expansión adiabática para el CO2 y el Aire mediantelos métodos de Expansión Adiabática (Clement y Desormes) y del Elemento Oscilante (Rüchhardt). Comparar los resultados obtenidos en ambos métodos con los datos reportados en la literatura. 2. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA Capacidad Calorífica Es la cantidad de energía necesaria para incrementar la temperatura de una sustancia en un grado. Capacidad Calorífica a Volumen Constante

Cv
CapacidadCalorífica a Presión Constante

dU dt U t

V

Cp

q T

P
P

P

V T

P

H T

P

Para un Gas Ideal que se ajuste a la correlación PV = nRT:

Cp

CV

R

Coeficiente Adiabático de los Gases Es una medida indirecta de cómo varía la entalpia con respecto a la energía interna:

Cp Cv
Para gases ideales puede expresarse como:

dH dT dU dT

dH dU

Cp Cv

Cv R CVExpansión Adiabática Reversible Hace parte de un grupo de procesos denominados procesos politrópicos. Estos procesos pueden expresarse por medio de una relación PVK = cte. Implica una disminución de la presión en un sistema, sin intercambio de calor con los alrededores, y sin degradación de ningún potencial

termodinámico. Este proceso es mejor conocido como isoentrópico (pues la entropía permanececonstante), y es de vital importancia porque plantea una condición de “idealidad de proceso”, ya que la disponibilidad de la energía se mantiene inalterada, haciendo posible la descripción del proceso por un simple análisis de primera ley. Aplicando la primera ley de la termodinámica, y suponiendo comportamiento ideal:

dU dT T T2 T1 P2V2 P1V1

dW ( V2 V1 V1 V2

dQ 1)
1

C v dT si

RTdV V

dV V

es cons tan te, int egrando :

aplicando ecuación de estado
1

P2 P1

V1 V2

P2V2

P1V1

PV

Cte

De igual manera, aplicando la ecuación de estado, se puede llegar a una expresión de Presión contra temperatura:
1

T2 T1

P2 P1

Generalizando un poco, para procesos politrópicos se reemplaza por k: k = 0 : Proceso Isobárico k = 1 : Proceso Isotérmico k = :Proceso Isocórico Método de Expansión Adiabática (Desormes y Clements) Consiste en someter un gas, al que sea aplicable el modelo ideal, a dos procesos: una expansión adiabática reversible, y un posterior calentamiento a volumen constante. Se va a hacer el seguimiento de dos variables: presión y temperatura. No obstante, va a ser el seguimiento de la presión el que va a determinar el valor delcoeficiente adiabático. Los cambios de temperatura implicados en el proceso son muy pequeños y muy rápidos, por lo tanto son muy difíciles de medir, y toda medida que se tome es incierta. Aplicando las leyes de la termodinámica y las características del proceso, se tiene:

CP Cv

ln

P1

P2 P3

ln P1

Método de las Oscilaciones (Rüchhardt) Se sustenta en que la frecuencia natural deoscilación de una bolita en una corriente de gas, está directamente relacionada con el coeficiente adiabático del mismo. La idea es que en ausencia de irreversibilidades, si se comprime un gas y luego se le deja libre de la presión, éste se expandirá y contraerá en un movimiento armónico simple, cuya frecuencia natural es proporcional a . Para eliminar las irreversibilidades de nuestro sistema experimental,hacemos que el aire entre y salga

continuamente del sistema, de esta manera, la energía que se ha degradado como consecuencia de las irreversibilidades (rozamiento, rapidez, etc), se repone continuamente.

f df dV PV dP dV dP

Pq qdP qdx cte k

fuerza ejercida sobre la bolita

k V

Re ordendando y diferenciando
1

Sustituyendo la anterior exp resión

P P q2 P dV dP (qdx)...