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Practica2 termodinamicA

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  • 1. UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICO. FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES DE ARAGÓN. Laboratorio de Termodinámica Práctica numero 2: Presión. Alumno: Fernández Cano Veronico David Ricardo. No. de cuenta: 41205778-6. Grupo: lunes 4:00-5:30 Ciclo escolar: 2014-1 Fecha de realización: 02092013. Fecha de entrega: 09/09/2013.
  • 2. OBJETIVO: Aplicar los conceptos de presión, presión atmosférica, presión absoluta, presión manométrica, para comprender el funcionamiento de un barómetro de Torricelli y sus diferentes tipos de aplicaciones. ACTIVIDADES: 1. Determinar la presión atmosférica local mediante un barómetro de Torricelli. 2. Determinar las presiones absolutas en un sistema de bombeo. 3. Determinar la presión absoluta en el punto B mediante la obtención de la diferencia de presiones, con un manómetro diferencial en un sistema de bombeo. EQUIPO Y MATERIAL: 1 Barómetro de Torricelli. 1 Flexómetro. 1 Sistema de bombeo (pre-instalado). SUSTANCIAS: Agua. Mercurio. ASPECTOS TEORICOS: Presión: Indica la relación entre una fuerza perpendicular aplicada y el área sobre la cual actúa. Matemáticamente se expresa como: P = Presión (N/m2, lbf/in^2) F = Fuerza (N, lbf) A = Área (m^2, in^2) Esta expresión indica que cuando mayor sea la fuerza aplicada, mayor será la presión para una misma área. Peso Específico de un Cuerpo: Es el peso del cuerpo por su unidad de volumen es decir: Donde: γ = Peso especifico (N/m^3, lbf/in^3) P = Peso del cuerpo (N, lbf) V = Volumen (m^3, in^3) Peso Específico de un Líquido: Es la densidad del fluido por gravedad, o bien el peso por unidad de volumen del fluido, es decir:
  • 3. Donde: γ = Peso especifico (N/m^3, lbf/in^3) ρ = Densidad absoluta del liquido (kg/m3, lb/in^3) g = Gravedad (m/s^2, in/s^2 P = Peso del cuerpo (N, lbf) V = Volumen (m^3, in^3) Presión Hidrostática: Es la ejercida por los líquidos en forma perpendicular a las paredes en todas direcciones del recipiente que los contienen. Dicha presión actúa en todas direcciones y solo es nula en la superficie libre del líquido. Las fuerzas F1, representan las fuerzas que se generan sobre el fondo del barco. Las fuerzas F2, representarían las fuerzas que se generan alrededor del submarino Las fuerzas F1, representan las fuerzas que es generan sobre el fondo de un barco. Las F2, representarían las fuerzas que se generan alrededor de un submarino. Las F3, representarían las fuerzas sobre las paredes del mar. Las F4, las fuerzas ejercidas en las paredes de un recipiente que contiene un gas. Esto se debe a la fuerza que el peso de las moléculas se ejerce sobre un área determinada; la presión aumenta conforme es mayor la profundidad. Esta presión puede calcularse por: Donde: P = Presión (N/m^2) γ = Peso especifico (N/m^3, lb/in^3) h = Altura (m, ft). O bien: Donde: P = Presión (N/m^2) ρ = Densidad (N/m^3, lb/in^3) g = Gravedad (m/s^2, in/s^2) h = Altura (m, in). Presión Atmosférica: La atmosfera es una capa de aire constituida por el 20% de oxigeno, 79% de nitrógeno y el 1% de otros gases. Debido a su peso ejerce una presión sobre todos los cuerpos que están en contacto con él, por lo que se llama presión atmosférica.
  • 4. La presión atmosférica varía con la altura, por lo que al nivel del mar tiene un máximo valor o presión normal equivalente a: 1 atm = 760 mmHg = 1.013x10^5 Pa En la Ciudad de México su valor aproximado es de: 586 mmHg = 0.78x10^5 Pa Torricelli fue el primero en construir un barómetro de mercurio en el año de 1642. Presión Manométrica: Es aquella que se mide por encima de la presión atmosférica. Los dispositivos para medir la presión manométrica se llaman manómetros, por ejemplo un manómetro de uso común es el de tubo abierto o manómetro de líquido, el cual tiene una forma de “U”; generalmente contiene mercurio, pero si se requiere mayor sensibilidad existen otros que pueden contener agua o alcohol. Son utilizados para medir la presión en calderas, tanques de gas o cualquier recipiente a presión. Presión Vacuométrica: Se mide por debajo de la presión atmosférica por lo que se le conoce como presión de vacío. Presión Absoluta y Presión Relativa: La presión relativa es tomada como punto de referencia de un valor dado, ya que, los manómetros y vacuómetros indican la presión relativa a la presión atmosférica. En un sistema la presión relativa se refiere al vacio perfecto o presión cero, la presión relativa manométrica y vacuométrica se refieren a la diferencia entre la presión absoluta de un sistema y la presión atmosférica de la localidad. La presión referida al vacio perfecto se le da el nombre de presión absoluta. Pabs=Patm+(-)Prel Pabs vac=Patm-Pvac Pabs man=Patm+Pman Cuando la presión en un sistema es menor que la presión atmosférica la presión es negativa. Se denota con un signo negativo si es presión manométrica de vacio (vacuométrica). La sig. Figura representa la equivalencia entre presiones absolutas y relativas. La siguiente figura representa la equivalencia entre presiones absolutas y relativas. Principio Fundamental de Hidrostática: La presión ejercida por un líquido en cualquier punto de un recipiente, está en función del peso específico y de la altura que hay en el punto considerado a la superficie libre del líquido. Principio de Flotación o Empuje Hidrostático: El empuje hidrostático ascensional W es numéricamente igual a la suma de los pesos de los líquidos desplazados por el cuerpo sumergido, y cuyas densidades respectivas son diferentes. Este dado por:
  • 5. Donde: W = Empuje hidrostático (N, lb) g = Gravedad (m/s^2, in/s^2) ρ y ρ’ = Densidad de los fluidos desplazados. V y V’ = Volumen desplazado de cada fluido. Si un fluido es un gas: Si la densidad del cuerpo sumergido (ρc): ρ > ρc; el cuerpo flota. ρ = ρc; el cuerpo está suspendido. ρ<ρc; el cuerpo se hunde. Principio de Pascal: “Si se aplica una presión a un fluido incomprensible (un liquido), la presión se transmite, sin disminución, a través de todo el fluido”. Este principio se aplica al funcionamiento de la prensa hidráulica y con otros dispositivos semejantes en los que pequeñas fuerzas, pueden vencer grandes fuerzas, es decir: Principio de Arquímedes: Todo cuerpo sumergido en un fluido recibe un empuje ascendente igual al peso del fluido desalojado, es decir: Donde: W = Empuje ascendente (N, lb) γ = Peso especifico del liquido (kg/m3 V = Volumen que es desalojado de la parte sumergida del cuerpo (m3 Reglas de Presión: 1. La presión es la misma en cada uno de sus puntos. 2. La presión de un gas encerrado es la misma en todos los puntos que toca dicho gas. 3. Dos puntos a la misma altura o profundidad de un mismo líquido conectados entre sí deberán soportar la misma presión. 4. Un punto a mayor profundidad en un líquido soportara mayor presión que otro que se encuentra a menos profundidad.
  • 6. Características de la Presión y las Fuerzas dentro de Fluidos: 1. En un fluido es reposo, la fuerza ejercida por el sobre una superficie colocada en el fluido es perpendicular a la superficie. 2. La presión sobre la superficie es independiente de la orientación de la superficie. 3. En un fluido es reposo, la presión es constante a lo largo de un plano horizontal, si la superficie de un liquido cuya densidad está sometida a una presión P, la presión P en el interior de este liquido a una profundidad h está dada por: 4. Un fluido en equilibrio es una serie de recipientes abiertos, conectados tiene superficies abiertas en el mismo nivel. 5. La diferencia de presiones entre dos niveles en un fluido de igual densidad es: 6. Si una fuerza externa modifica la presión de equilibrio de cualquier punto en un fluido confinado, el cambio de presión se transmite a todos los puntos dentro del fluido (Principio de Pascal). DESARROLLO Actividad 1: “Obtención de la presión atmosférica” 1. Mediante un flexómetro, tomar la lectura de la columna de mercurio en el barómetro. Anotar la lectura obtenida en la tabla 2.1A 2. Determine la presión atmosférica con la siguiente expresión: Donde: Patm = Presión atmosférica (N/m2= Densidad del mercurio (kgm/m3 ρ=densidad (kgm/m^3, lbm/in^3) g = Gravedad (m/s^2, in/s^2) h= Altura de la columna de mercurio (m, in) Actividad 2: “Determinar la presión absoluta en un sistema de Bombeo”. 1. Verificar que la válvula de globo se encuentre cerrada. 2. Accionar el interruptor del motor de la bomba. 3. En forma gradual, abrir la válvula de globo; hasta que la altura de mercurio sea considerable. 4. Estabilizar el sistema (hasta que la columna de mercurio este casi sin movimiento). 5. Efectuar las lecturas en el vacuómetro y en el manómetro localizado en la succión y descarga respectivamente. Anotar los valores en la tabla 2.2A 6. Obtener la presión absoluta con la siguiente ecuación: Anotar su valor en la tabla 2.2B. Actividad 3: “Determinar diferencias de presiones” 1. Estando la bomba en funcionamiento, con el flexómetro medir la altura del mercurio en el manómetro diferencial. Anotar la lectura en la tabla 2.3A
  • 7. 2. Cerrar la válvula de globo. 3. Con el interruptor apagar el sistema. Conocida la altura se obtiene la diferencia de presiones (PA – PB), basándose en el siguiente desarrollo matemático: Donde: PA - PB = Diferencia de presiones (N/m^2, lbm/in^2) ρHg = Densidad de mercurio (kgm/m^3, lbm/in^3) ρa = Densidad del agua (kgm/m^3, lbm/in^3) g = Gravedad local (m/s^2, in/s^2) Ahora se puede conocer la presión en el punto “B”, despejándola: Donde: PA = La presión manométrica de descarga de la bomba Para determinar absoluta en el punto B, tendremos: Anotar su valor en la tabla 2.3B Lectura Presión vacuométrica (cm Hg) Presión manométrica (Kg/cm^2) altura en la columna de mercurio (cm) 1 .7 .5 58.4 2 1 2.7 52 3 1 3.3 49 4 1 4 46.5 5 1.1 5 41
  • 8. Tabla 2.2 B Concepto símbolo unidades mmHg N/m^2 bar psi inHg Presión absoluta de succión 1 Pabs suc 579 .8 .8 1 22.795 Presión absoluta de descarga 1 Pabs des 367.5 .5 .5 7 14.47 CUESTIONARIO 1. ¿Por qué cuando un buzo desciende al fondo del mar, al subir tiene que pasar por una cámara de descompresión? Cualquier volumen de gas sumergido será expandido paulatinamente al ascender, debido a la disminución de la presión exterior. Esto quiere decir que el aire en los pulmones del buzo tiende a expandirse cuando este empieza a subir a la superficie. 2. ¿Varia la presión atmosférica con el clima? Si ya que la temperatura afecta ya sea calentando o enfriando el aire lo que provoca que este sea más liviano o más pesado. 3. ¿Qué es la presión Osmótica? La presión osmótica se define como la presión hidrostática necesaria para detener el flujo neto de agua a través de una membrana semipermeable que separa soluciones de composición diferente. 4. ¿Qué efecto tiene la presión atmosférica cuando una persona que se ha cortado se desangre? En que la presión aumenta la capacidad de bombeo de la sangre lo que significa que aumenta la velocidad de esta a través de las venas por lo que ocasiona que una persona se desangre más rápido. 5. ¿Por qué oscilan las agujas de medición en la práctica realizada? Porque van marcando la presión de acuerdo a como la van midiendo. 6. ¿Qué tipo de errores se incurrió en esta práctica? Al tomar las mediciones que marcaba el manómetro ya que no marcaba un valor exacto.
  • 9. 7. ¿Cuál es la presión sanguínea de un adulto saludable? 120 mmHg para la sistólica y para la diastólica 80 mmHg (120/80). 8. ¿Qué porcentaje de un “iceberg” se halla sumergido? El 90%. 9. Investigar el valor de la presión a la cual funciona el condensador de una planta termoeléctrica. 7.5 KPa. CONCLUSIONES De acuerdo con el desarrollo de esta práctica las tablas de las medidas fueron modificadas para poder insertar en ellas las medidas de presión manométrica, vacuométrica y la altura del mercurio. También estando de acorde con la explicación previa del profesor sobre el desarrollo de la práctica, en la cual se tenían que tomar 5 lecturas de los datos anteriormente mencionados y por ello las tablas contenidas en la práctica me parecieron insuficientes e inadecuadas para poder tomar las medidas observadas durante el desarrollo. Para llenar las tablas de lecturas se me hiso que eran demasiadas conversiones de unidades sin mucha utilidad, y para el caso de las tablas de resultados los cálculos que propone la práctica no están bien especificados, ya que nunca indica cual es la presión en el punto “C” y en el punto “D”, los cuales utiliza de referencia para poder obtener las diferencias en las presiones. Al tomar las lecturas de la practica se pudo observar que la presión vacuométrica casi no se afectaba a pesar de los cambios en la presión manométrica y en la columna de mercurio; pero para obtener el valor de esta se tubo solo lo que marcaba el vacuómetro porque no se nos dio una fórmula para poder calcularla, ni se especifico claramente cuáles son las variables que intervienen ara la obtención de ese valor. En general la práctica consistió en tomar las medidas de las alturas en la columna de mercurio y también en observar los cambios que se marcaban en las medidas del vacuómetro y del manómetro y además se observo la presión medida por el barómetro de Torricelli, la cual casi coincidió con la medida que se supone en teoría tiene la ciudad de México.
  • 10. BIBLIOGRAFIA: Encyclopedia of Energy´Daniel N. Lapedes Editor en Jefe McGraw-Hill Book Company, USA 1976 Steam / ist generation and use´The Babcock & Wilcox Companythirty-ninth edition, USA 1978 Virgil Moring Faires Termodinámica´4ª edición, México, 1982 W.H. Severns, H.E. Degler, J.C. Miles La producción de energía mediante vapor, aire, o gas´Editorial Reverte mexicana S.A., México D.F. 1991 Francis F Huang Ingeniería Termodinámica´Compañía Editorial Continental, S.A. de C.V., 2ª Edición,México 1994 M.J. Moran, H.N. Shapiro Fundamentos de termodinámica técnica´,Editorial Reverté S.A., Tomos 1 y 2, España, 1993M. Lucini. "Turbomáquinas de vapor y de gas", Editorial Labor, 3° Edición, Barcelona 15España.