BALANCE DE ENERGIA “SISTEMA “SISTEM A ABIERTO” ABIERTO” I.
INTRODUCCION
En esta práctica verificaremos e !aance "e ener#$a "e %na oa a presi&n' "eterminan"o e(perimentamente s% masa fina) Coocan"o en práctica os conceptos * conocimiento "e %n !aance "e tanto "e materia como "e ener#$a * "emostran"o +%e tanto se apro(ima a os vaores reaes
II.
OBJETIVOS Determinar a presi&n atmosf,rica atmosf,rica en a ci%"a" "e S%cre por os si#%ientes 1. Determinar
m,to"osa) Ec%aci& Ec%aci&n n "e presi&n presi&n "e vapor vapor .cinco .cinco ec%acio ec%aciones/ nes/)) !) Ta!as !as "e sat% sat%ra raci& ci&n) n) c) 0rincip 0rincipios ios "e "e esta"os esta"os correspo correspon"ie n"ientes ntes)) 2. Comparar a presi&n atmosf,rica cac%a"a con e "ato s%ministra"a por e SENAM1I' "eterminar e error * e m,to"o más e(acto) 3. Apicar e !aance "e ener#$a a %na oa a presi&n "es"e e momento +%e se 2a acan3a"o a presi&n "e operaci&n) 4. Determinar a masa fina "e a#%a +%e +%e"a en a oa * comparar con e vaor e(perimenta) 5. Graficar e perfi T op 4 t 5 0 op 6 t5 Ts%p 4 t) 6. Graficar e proceso 0 6 T5 0 6 7 * T 6 7 III.
FUNDAMENTO TEORICO
oa a presi& presi&n n es %n recipiente 2erm, 2erm,tic tico o para para cocin cocinar ar +%e +%e no Olla presi!" presi!" La oa permite a sai"a "e aire o $+%i"o por "e!a8o "e %na presi&n esta!eci"a) De!i"o a +%e e p%nto "e e!%ici&n "e e!%ici&n "e a#%a a%menta c%an"o se incrementa a presi&n presi&n'' a presi&n "entro "e a oa permite s%!ir a temperat%ra "e e!%ici&n por encima "e 9:: ;C)
váv%a' "e8an"o escapar a presi&n) Las mo"ernas oas a presi&n se fa!rican normamente en a%minio o acero ino(i"a!e 9)
Bala!#e $e e!er%&a" E principio "e a conservaci&n "e a ener#ia e(presa e cam!io
neto .incremento o "ismin%ci&n/ en a ener#ia tota "e sistema "%rante %n proceso es i#%a a a "iferencia entre a ener#ia tota +%e entra * a ener#$a tota +%e sae "e sistema "%rante e proceso es "ecir-
(
)(
)(
)
Energiatotal que − Energiatotal que = Cambioen la energia entra al sistema sale del sistema total del sistema E Entrada− ESalida = ∆ E Sistema
Esta reaci&n es más conoci"a como !aance "e ener#ia * es apica!e a c%a+%ier tipo "e sistema +%e e(perimenta c%a+%ier case "e proceso) E %so e(itoso "e esta reacion para resover pro!emas "e in#enieria "epen"e "e a comprension "e as "istintas formas "e ener#ia * "e reconocer os mo"os como se transfiere =) 'a e!er%&a i!(er!a" Es a s%ma "e a ener#$a "e to"as as part$c%as +%e componen
%n c%erpo) Entre otras ener#$as' as part$c%as +%e componen os c%erpos tienen
masa * veoci"a"' por o tanto tienen ener#$a cin,tica interna) Tam!i,n tienen f%er3as "e atracci&n entre eas' por o +%e tienen ener#$a potencia interna >) El #al)r" Es a ener#$a intercam!ia"a entre %n sistema * e me"io +%e e ro"ea
"e!i"o a os c2o+%es entre as mo,c%as "e sistema * e e(terior a mismo * siempre +%e no p%e"a e(presarse macrosc&picamente como pro"%cto "e f%er3a por "espa3amiento ?) *resi! a(+)s,-ri#a" Es a f%er3a +%e e8erce e aire atmosf,rico so!re a s%perficie
terrestre) Cam!ia con a prof%n"i"a"' "e ac%er"o a cima' a nive "e mar' La presi&n "e!i"a a peso "e a atmosfera se e8erce so!re to"os os o!8etos inmersos en este #ran !o+%e "e aire @) *resi! (e+pera(/ra $e sa(/ra#i!" Es a temperat%ra "e cam!io "e fase para
%na presi&n 0 fi8a) 0resi&n "e vapor o "e sat%raci&n es a presi&n a a c%a %na cierta s%stancia cam!ia "e fase para %na temperat%ra "a"a ) Ter++e(r)" Se %tii3a para me"ir a temperat%ra "e as s%stancias o materiaes
seecciona"os) E term&metro "e vi"rio tiene en s% interior merc%rio * c%enta con %na #ra"%aci&n' e merc%rio c%an"o se caienta reacciona * s%!e "es"e e !%!o' por e capiar 2asta a at%ra correspon"iente e in"ica' "e esta manera a temperat%ra) *ir+e(r)" Es %n instr%mento +%e mi"e a temperat%ra "e %na "etermina"a
s%stancia sin a o!i#atorie"a" "e estar en contacto con "ic2a s%stancia) Es capa3 "e me"ir eeva"as temperat%ras) S% ran#o va "e 6 @: #ra"os Cesi%s 2asta ?::: #ra"os Cesi%s ) Ter+)#/pla" Las termoc%pas son os sensores "e temperat%ra e,ctricos más
%tii3a"os en a in"%stria)
"ensi"a" reativa "e os $+%i"os sin necesi"a" "e cac%ar antes s% masa * vo%men
IV.0MATERIA'ES EUI*OS
• • • • • • • • • •
M%t$metro Oa a presi&n 1ornia e,ctrica Dens$metro "i#ita 0ro!eta "e @:: m * =@: m) 7aso "e precipita"o "e @:: m * 9::m) Termoc%pas 0ir&metro Term&metro "e vi"rio) Maa "e amianto
V.0 *ROCEDIMIENTO"
•
Me"ir : m "e a#%a' previamente encontrar a "ensi"a") S%ministrar caor * re#istrar temperat%ra' presi&n * temperat%ra "e s%perficie
•
en intervaos "e tres min%tos) Re#istrar e tiempo para e c%a se 2a acan3a"o a presi&n "e operaci&n' a
•
partir "e "ic2o momento reai3ar @ ect%ras * terminar e proceso)
•
Enfriar a oa presi&n 2asta +%e e a#%a acance a temperat%ra "e ?: FC *
•
me"ir e vo%men "e a#%a res%tante) Tomar %na m%estra "e : m "e a#%a en %n vaso "e precipita"o * s%ministrar caor 2asta acan3ar a temperat%ra sat%raci&n) Me"ir a temperat%ra con %n term&metro "e vi"rio * con a Termoc%pa)
VI.0 CA'CU'OS Re%is(r) $e $a()s
o o o o o o o o o o o o
Densi"a" "e 1 =O :)HH#cm > T1=: =@)= :C 7I =: m 7J @ m 0otencia "e a 2ornia 9@:: K 7oa L t 2ornia >?=” 0senam2i ==) m!ar Te!%' Termoc%pa H::C Te!%' term&metro aco2o H::C Te!%' term&metro 1#H9:C 0resi&n atmosf,rica proporciona"a por SENAM1I='=0a a 2oras .9-::/ 0M
( +i! 3 6 7 12 15 18 17 21 23 25
T C ==) =?)H >>) @): :)9 H@)? 9:=) 9:)H 999) 99=)> 99=)?
*+a! psi 9)9 9)= 9)? =)? @)9 )= 9:)@ 9=)@ 9?)9 9>) 9>)
Ts/p C =9)H 99?) )9 9=H) )H )= 9) :)H ) 9): =)?
Tpla()C =>)@ 9>): 9)@ =>=): =>@)@ =?@)@ =??)@ =>H)@ 9H): =>): =?>)@
T operacion=
∑ Top n
T operacion=
(102.7 +108.9 + 111.8 + 112.3+ 112.4 ) 5
P manometrica=
P manometrica=
=109.62 ° C
∑ Pman n
10.5 + 12.5 + 14.1 + 13.8 + 13.6 =12.9 Psia 5
Pman=12.9 Psia =88.94 KPa RESU'TADOS
Cal#/l) $e la presi! a(+)s,-ri#a" 1.0 E#/a#i)!es $e presi! $e 9ap)r
a 1en"ric S
P ln =( 1− X ) [ A∗ X + B∗ X 1,5 + C ∗ X 3+ D∗ X 6 ] (1) Pc
X =1−
T (1. a) T c ln P
! 1arac2er c
Antoine ln P
S
= A −
B T + C
(3 )
"/ Ec%aci&n "e Rie"e)
S
B T
= A − + C ln T + D
P
S 2
T
(2)
ln P
S
B T
= A + + C ∗lnT + D∗T 6 ( 4 )
*ara el /s) $e es(as e#/a#i)!es se (ie!e :/e leer l)s si%/ie!(es 9al)res"
7
Tc?'>
0c==9=: 0a A4'?@ B9'?@> C4='@:
D49'=>>:> Te! .prome"io/H:)>> FC >>)? Ec% .a/) 0 S0atm9':>>0a Ec% .!/) 0 S0atm>'>:=9E4H 0a Ec% .c/) 0 S0atm:':?=> 0a Ec% ."/) 0 S0atm: 0a 2.0Ta;las $e Sa(/ra#i!
Con a temperat%ra "e e!%ici&n eer 0 S "e ta!as "e sat%raci&n)
Te! .prome"io/H:)>> FC 0.sat%racion/9):H9 0a Cal#/l) $el err)r •
Ta;las E =
E = E#/a#i)!es $e 9ap)r E#/a#i! a E =
( Pexp− Pteo ) Pteo
∗100
( Pexp− Pteo ) Pteo
∗100
(71.091 −72,28 ) 72,28
∗100=1.64
E =
( 71.091−71,033 ) 71.033
∗100= 0.082
Cal#/l) $el #al)r"
t > min ?> s ==> s J Pot =1500 W = s
= Pot ∗t
J s∗1 KJ = 334.5 KJ =1500 ∗223 s 1000 J Bala!#e $e +a(eria e!er%&a"
Bala!#e $e +a(eria ❑ ! msal " dm dm ´ ent −m ´ sal = m − = < dt dt ❑ i dt
∫
∫
−msal= m" − mi∗(−1) msal =mi−m"
Bala!#e $e e!er%&a
(
2 1 ´ment # + $ + %g
2 gc
gc
)
(
2 1 $ %g ´ − msal # + +
ent
2 gc
d & m sist ´ sal # sal + ´ = −m dt
(
− Ḫ sal∫ '
(
(
d [ Ṵ m ] )m ) sal + = dt dt ' dt '
∫
∫
−msal # sal + =& ( m ( −& ' m '
gc
)
sal
´ = + ´ −W
(
2
)
1 $ %g ´ sist d & + m + 2 gc gc
dt
CONDICIONES INICIA'ES Cal#/l) $e la presi)! $e )pera#i! ) sa(/ra#i)!
0atm='= 0a 0man 88.94 KPa P op= P man + P atm ( senami )
P op= 88.94 + 72.28= 161.18 KPa Cal#/l) $e +asa"
7i=: m :':::= m > g ρ:'HH
3
cm
= 997
Kg 3
m
ρ
mi
997
Kg m
3
m $
* ( 0 lla) m ' 3
3
m 0,007 m * ' = =0.00975 0,71784 Kg Kg
Da() *)p= leer e! (a;las $e sa(/ra#i)!" 3
m * liq+sat =0,001055 Kg
m
∗0,00072 m3= 0.71784 Kg
Cal#/l) $e 9)l/+e! espe#i,i#)" * ' =
5
¿$
3
m * $ap+ sat =1,089701 Kg & liq+sat = 475.801
KJ Kg
& $ap +sat =2521.992
# liq+sat = 475.975
KJ Kg
KJ Kg
# $ap+ sat =2691.138
KJ Kg
) :'::HH # $ap+ sat = # salida =2669.93
KJ Kg
E!er%ia i!(er!a & ' = X ' ∗& $ap+sat + ( 1− X ' )∗& liq+sat
& ' =0,00799 ∗2521.992 + ( 1 −0,00799 )∗475.801 = 492.1501
KJ Kg
CONDICIONES FINA'ES
−(m ' −m ( ) # sal + =& ( m ( −& ' m ' ( 1) * ( = X ( ∗* $ap+sat + ( 1 − X ( )∗* liq+sat ( 2) & ( = X ( ∗& $ap+ sat + ( 1− X ( )∗& liq+sat ( 3)
m ( =
* ( * (
.?/
Cal#/l) $e la #ali$a$ ,i!al= +asa ,i!al e!er%ia i!(er!a ,i!al
−( 0.71784 −m ( )∗2669.93 KJ Kg
0.000665
m (
+ 334.5 KJ =& ( m ( −
492.1501 KJ ∗0.71784 Kg (1 ) Kg
= X ( ∗1,089701 + ( 1 − X ( )∗0,001055 (2 )
& ( = X ( ∗2521.992 + ( 1 − X ( )∗475.801 ( 3 )
m ( =
0.000665 * (
3
m * ( =0.00119 Kg
5
.?/
& ( = 475.9994
KJ Kg
m ( =0.5601 Kg
5
X ( = 0,00009694
*)r#e!(a>e $e err)r $e la +asa ,i!al
7o%men fina +%e +%e"a en a oa es @ m :):::@ me,perimental = 0.663005 Kg
E =
0.663005 −0.5601 ∗100 =18,373 0.5601
?ra,i#as"
Te+pera(/ra Vs (ie+p) ( +i! ( +i! 3 6 3 7 6 12 7 15 12 18 15 17 18 21 17 23 21 25 23 25
T C ==) * *si =?)H 9)9 >>) 9)= @): 9)? :)9 =)? H@)? @)9 9:=) )= 9:)H 9:'@ 999) 9=)@ 99=)> 9?)9 99=)? 9>' 9>)
*resi! Vs (ie+p)
Te+pera(/ra s/p. Vs (ie+p)
m
3
( +i!
T s/p
3 6 7 12 15 18 17 21 23 25
C =9)H 99?) )9 9=H) )H )= 9) :)H ) 9): =)?
Tpla() Vs (ie+p)
( +i! 3 6 7 12 15 18 17 21 23 25
T plaC =>)@ 9>): 9)@ =>=): =>@)@ =?@)@ =??)@ =>H)@ 9H): =>): =?>)@
VII.0 CONC'USIONES"
Le#amos a a conc%si&n La presi&n atmosf,rica cac%a"a por as c%atro ec%aciones "e vapor' no son to"as efectivas *a +%e a más e(acta f%e a ec%aci&n "e 1en"ric' "emostran"o +%e as "emás no sirven para e a#%a)
De os "os m,to"os empea"os .Ec%aciones "e 7apor * Ta!as/ para cac%ar a presi&n atmosf,rica' e m,to"o "e a Ec) De presi&n "e vapor f%e e más e(acto por o +%e e error nos sai& %n vaor m$nimo "e
0.082 )
De ac%er"o a !aance "e ener#$a o!servamos +%e e porcenta8e "e error "e a masa fina es m$nima' por o tanto a práctica se a reai3o correctamente) En as #ráficas se o!serva e comportamiento tanto "e a temperat%ra como "e a presi&n9)4La temperat%ra "e ac%er"o a tiempo f%e a%mentan"o 2asta e p%nto "e e!%ici&n "on"e a partir "e ese momento se mant%vo constante =)4 La presi&n "e ac%er"o a tiempo f%e a%mentan"o 2asta acan3ar a sat%raci&n * partir "e ese momento 2%!o %na "ecinaci&n "e!i"o a a p,r"i"a "e masa por a váv%a "e escape "e a oa) >)4La temperat%ra "e s%perficie "e ac%er"o a tiempo t%vo %n comportamiento irre#%ar) ?)4La temperat%ra "e pato "e ac%er"o a tiempo t%vo %n comportamiento pareci"o a "e a temperat%ra "e s%perficie en f%nci&n "e tiempo)
VIII.0 BIB'IO?RAFIA
Pen#e' Q%n%s A) Boes' Mic2ae A) Termo"inámica) E"itoria McGraK41i) C%arta E"ici&n) M,(ico) =::>) =H pá#s) Termo"inámica) E"itoria McGraK41i) Se(ta E"ici&n) M,(ico) =::?) 9:? pá#s .9/
2ttp-KKK)icarito)cencicope"iaartic%ose#%n"o4cico4!asicoe"%cacion4
.=/
tecnoo#icao!8etos4tecnoo#icos=::H9=>4=HH4H4a4oa4a4presion)s2tm
.>/
2ttp-rec%rsostic)e"%cacion)essec%n"ariae"a"=eso!ioo#ia=+%incena9=+9cont
eni"os?")2tm .?/
2ttp-KKK)sc)e2%)ess!Ke!fisicaesta"isticatermo"inamicatermoTermo)2tm
.@/
2ttp-KKK)profesoreninea)cfisica0resionAtmosferica)2tm
./
2ttp-%9termoo")!o#spot)com=:9=:?temperat%ra4"e4sat%racion4*4presion4
"e)2tm ./
2ttp-+%ees)apirometro
./
2ttp-KKK)ec%re")c%in"e()p2pDensC>ADmetro "ens$metro
.H/
Rei"' 0ra%snit3 * 0oin#
U!i9ersi$a$ Ma)r= Real *)!(i,i#ia De Sa! Fra!#is#) @a9ier De C/:/isa#a
Fa#/l(a$ $e (e#!)l)%&a
'ABORATORIO DE *R021 UNIVERSITARIOS" CABA''ERO 'O*E ?UEIDA *INTO CABRERA MARISO' VE'ASUE RIOS DENNIS VICTOR
DOCENTE" IN?. VIR?I'IO O*ORTO ?RU*O" MIERCO'ES 16"0 1" FECA" 1616
IN?. *ETRO'EO ?.N. IN?. *ETRO'EO ?.N IN?. AMBIENTA'
Sucre - Bolivia