Termodinamica

Termodin´mica General y
a
Laboratorio - IWM210
Roberto Leiva Illanes
Experiencia N◦2

Universidad T´cnica Federico Santa Mar´
e
ıa
Departamento de Ingenier´ Mec´nica
ıa
a
25 de octubre de 2012

1

´
Indice
1. Resumen

3

2. Intoducci´n a la teor´
o
ıa

4

3. Procedimiento experimental

5

4. Resultados obtenidos

6

5. Analisis y Conclusiones

8

2

1.Resumen

En este laboratorio se midi´ experimentalmente la temperatura a la que
o
sale el aire de un estanque a alta presi´n, llenado por medio de un compresor.
o
Al entrar en contacto con el ambiente, el aire comprimido sufre una ca´ de
ıda
presi´n que desata una baja de temperatura, enfriando bastante la tuber´ de
o
ıa
salida. Se comprob´ entonces, la salida de energ´ a trav´s delflujo m´sico en un
o
ıa
e
a
sistema de flujo no estacionario. Hay un error respecto a la temperatura te´rica
o
que puede darse porque cuando se analizan vol´menes de control se incurre en
u
suposiciones para facilitar los c´lculos.
a

3

2.

Intoducci´n a la teor´
o
ıa

En esta experiencia, se considera como sistema el estanque, el cual no aplica
trabajo sobre su contenido (W=0,frontera, el´ctrico, de flecha, etc.) y para
e
facilitar el c´lculo supondremos que es adiab´tico (Q=0). Las variaciones de
a
a
energ´ cin´tica y potencial son despreciables. (∆Ec=0, ∆Ep=0).
ıa
e
En el estado inicial, cuando el estanque esta con una cantidad determinada
de aire, se considera como un sistema cerrado. Una vez abierta la v´lvula de
a
salida, el sistema se considera como undispositivo de flujo estacionario. El estado
final es cuando el aire alcanza la presi´n fuera del estanque (mucho menor), y
o
producto de la expansi´n disminuye la temperatura en la salida. Es de inter´s
o
e
en este informe ver el proceso de vaciado del estanque, cuando existe un flujo de
salida de masa y energ´ Otro supuesto que debemos realizar es el considerar
ıa.
el aire como gas ideal.Bajo estos supuestos, aplicamos la ley de conservaci´n de masa y de energ´
o
ıa
para conocer los estados inicial y final de nuestro sistema.
Ecuaciones:
Balance de masa
0

mout − min = ∆msistema [kg ]

(1)

mout = ∆msistema [kg ]

(2)

Balance de energ´
ıa
Ein − Eout

=

∆Esistema [kJ ]

Transferencia de energia neta transferida por
calor, trabajo y masa

(3)

Cambioen energ´ inıa
terna, cin´tica, potene
cial, etc.

Ecuaci´n de estado del gas ideal
o
P ×V =m×R×T

4

(4)

3.

Procedimiento experimental

Figura 1: Esquema del estanque, mostrando los 2 procesos (particularmente nos
interesa el segundo proceso)
En esta experiencia, el objetivo principal era medir la temperatura m´
ınima
que alcanzaba el aire comprimido al salir del estanque yentrar en contacto con
la atm´sfera. Antes que todo se mide las condiciones iniciales de presi´n y temo
o
peratura en el laboratorio. Primero se llen´ el estanque con aire por medio de
o
un compresor, hasta que se alcanz´ al interior una presi´n de P1 . Este proceso
o
o
de llenado se se˜ala en el esquema como Proceso 1 y no interesa analizar. Posn
teriormente, con las llaves cerradas, semide con el man´metro la presi´n del
o
o
aire al interior; y con la termocupla izquierda se mide la temperatura del mismo
T1 . Estos datos son nuestras condiciones iniciales de procedimiento. Ahora se
procede a abrir la llave de salida, para dejar escapar el aire y experimentar su
expansi´n r´pida hacia el ambiente; este proceso se se˜ala en el esquema como
oa
n
Proceso 2. Al salir elaire sufre una ca´ de presi´n que conlleva una disminuıda
o
ci´n considerable de temperatura, medida por la termocupla derecha llegando
o
a un m´
ınimo T2 . En ese punto, te´ricamente, se iguala la presi´n dentro del
o
o
estanque con la presi´n atmosf´rica Patm .
o
e

5

4.

Resultados obtenidos

Inicialmente se tiene el estanque lleno de aire comprimido, a una presi´n y
o...