Laboratorio 01 - Analisis Grafico

Laboratorio de Ondas y Calor

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CURSO: ONDAS Y CALOR CODIGO: PG1014

LABORATORIO N° 01 Análisis Gráfico. Cantidad de Calor

 Apellidos y Nombres

Nota

Valdivia Revuelta Andree  Alumno (s):

Vásquez Gutiérrez Juan A. Vilavila Quispe Alex R.

 Julio Cesar Rivera Taco Taco

Profesor:

 Mantenimiento de maquinaria de planta

Programa Profesional: Fecha de entrega :

 16

08

2016

Especialidad/Grupo:

Mesa de Trabajo Trabajo :

2

Planta  A

N° 6

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I.

Laboratorio de Ondas y Calor

INTRODUCCION: 



 Al finalizar este laboratorio, es primordial que se logre un óptimo aprendizaje sobre el uso del programa Pasco Capstone. Donde se introducen datos para posteriormente obtener resultados precisos, donde se puede observar diferentes graficas que requeriremos y así aprender a analizarlas, comprenderlas. El experimento consiste básicamente en la obtención de datos que se obtienen atravez del sensor digital el cual funciona con el programa Pasco Capstone, en conclusión el presente experimento tiene como fin analizar la cantidad de de calor atraves del software mencionado realizando ajuste que nos permitan su mayor comprensión.

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 VALDIVIA REVUELTA ANDREE

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 Vásquez Gutiérrez Juan A.

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PROBLEMAS RESUELTOS 1. Tomando como referencia la gráfica de V-T de la figura deduzca o encuentre las gráficas de X-T y A-T respectivamente. Asumir que el cuerpo parte de origen.

V (m/seg) 2

0

1

2

(seg) SOLUCION. 1.1.- Identificar el Concepto.

                 

M.U.A o M.U.V A= CTE

7



3

t

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2. Según la ley de la gravitación universal ; enunciada por Newton , la fuerza de atracción entre dos partículas de masa m1 y m2 separadas por una distancia “r” es:

 

: RESOLUCION:

Para la fuerza sabemos que: En (1):

Despejando [G]:

                         3 

 

8

1  

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 Vilavila Quispe Alex Ronaldo

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PRÁCTICA DE LABORATORIO Nº 01  ANÁLISIS GRAFICO. CANTIDAD DE CALOR. 1. OBJETIVOS 1) Familiarizarse con el software a utilizar, durante las sesiones de laboratorio. 2) Comprender y aplicar los procesos de configuración, creación y edición de experiencias en Física utilizando la PC y los sensores. 3)  Verificar los resultados de análisis proporcionados por el software, con los modelos matemáticos dados en clase y establecer las diferencias. 4) Determinar relaciones matemáticas entre las variables físicas que interviene en un experimento. 5) Estudiar la cantidad de calor que absorbe un líquido dependiendo de las variaciones de la temperatura, durante un intervalo de tiempo. 6) Realizar un estudio comparativo de la cantidad de calor absorbido por un líquido en función de su masa.

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 Análisis de Trabajo Seguro/ Ondas y Calor Nº

PASOS BA SICOS DEL TRABAJO

DAÑO (RIESGO) PRESENTE EN CADA PASO

OBTENCION DE INSTRUMENTAL

RUPTURA DEL INSTRUMENTAL

MANEJO ADECUADO DEL INSTRUMENTAL EVITANDO CAIDAS , SOSTENIEDOLO  ADECUADAMENTE Y PROPORCIANDOLE UN LUGAR ESTABLE Y SEGURO DONDE COLOCARLOS

ENSABLAJE DEL SISTEMA DE SOPORTE

POSIBLE CAIDA DE TODO EL SISTEMA CAUSANDO RUPTURA DE EL SISTEMA DEL SENSOR U OCACIONANDO UN DERRAME DE LIQUIDO

HACER UN ADECUADO ENSAMBLAJE DEL SISTEMA FIJANDOLO CORRECTAMENTE  A LA MESA DE TRABAJO

PESAJE DEL LIQUIDO (AGUA)

CORTO CIRCUITO DE EL SISTEMA DE PESAJE (BALANZA ELECTRICA)

DESAMBLAJE DE TODO EL SISTEMA EN GENERAL

RIESGO DE RUPTURA DEL CABLEADO DEL SENSOR, DEL INSTRUMENTAL(RECIPIENTE,FUENTE DE CALOR ,PINZAS UNIVERSAL, NUEZ DOBLE,BALANZA)

1.

2.

3.

4.

5.

CONTROL DEL RIESGO

EVITAR CUALQUIER DERRAME DE LIQUIDO SOBRE EL SITEMA DE PESAJE (BALANZA ELECTRICA) ENSAMBLAJE DE LA RIESGO DE QUEMADURAS Y CORTO UN MANEJO CAUTO DE LA FUENTE DE CALOR CIRCUITO COCINA ELECTRICA (COCINA EVITANDO EL CONTACTO Y ELECTRICA) EVITANDO CUALQUIER DERRAME DE ALGUN LIQUIDO SOBRE ELLA ESAMBLAJE DEL RIESGO DE QUEMAR EL SISTEMA CON FIJAR LOS CABLES LO MAS SISTEMA DEL LA FUENTE CALOR (COCINA ELECTRICA)  ALEJADO DE LA FUENTE DE SENSOR DIGITAL DE  Y TORCEDURA O RUPTURA DEL CALOR E IGUAL PARA EVITAR TEMPERATURA CABLEADO DEL SENSOR DIGITAL LA TORCEDURA O RUPTURA DEL CABLEADO FIJARLOS SOBRE LA LUGAR FIRME PREFERENCIALMENTE EN LA MESA DE TRABAJO

6.

GRUPO

 A

ESPECIALIDAD: 

MANTENIMIENTO DE MAQUINARIA DE PLANTA

Entregar al Docente en la sesión de Laboratorio.

13

HACER UN CORRECTO MANEJO DESNABLANDO Y COLOCANDO EN UN LUGAR SEGURO PARA EVITAR CUALQUIER CAIDA DEL MATERIAL Y ASI EVITAR SU RUPTURA

COORDINADOR DEL GRUPO

 ANDREE BENJAMIN VALDIVIA REVUELTA

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2. MATERIALES -

Computadora personal con programa PASCO CapstoneTM instalado Interfase USB Link Sensor de temperatura Balanza Matraz 50ml  Vaso graduado Pinza universal, Nuez doble (2) Mordaza de mesa (1)  Varillas (1) Fuente de calor  Agitador.

Materiales e Instrumental Nº

1.

2.

MATERIALES E INSTRUMENTOS DE TRABAJO

IMAGEN REFERENCIAL DEL MATERIAL E INSTRUMENTO

DESCRIPCION

COMPUTADORA PERSONAL CON PROGRAMA PASCO CAPSTONETM

ES UNA COMPUTADORA CON EL PROGRAMA PASCO CAPSTONETM EL CUAL NOS PERMITIRA EL USO DE LOS SENSORES DIGITALES DESDE SENSORES DE TEMPERATURA HASTA SEROS DE VELOCIDAD

INTERFASE USB LINK

ES EL SISTEMA DE CONEXIÓN DE EL SENSOR DE TEMPERATURA CON LA COMPUTADORA EL CUAL NOS PERMITE EL ENLACE CON EL PROGRAMA PASCO CAPSTONETM

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3.

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INSTRUMENTO DIGITAL EL CUAL NOS PERMITE OBTENER LA MEDICION DE TEMPERATURA DESDE -35°C HASTA 135°C CON UN PASO DE 0.01°C

SENSOR DE TEMPERATURA

NOS PERMITE EL PESAJE DE MASAS EN GRAMOS Y ONZAS

4.

5.

6.

BALANZA DIGITAL

CONTENEDOR HECHO DE ALUMINIO EL CUAL TIENE UN CALOR ESPECIFICO DE 0.22cal/g°C

RECIPIENTE DE  ALUMINIO

INSTRUMENTO QUE EMPLEAMOS PARA SUJETAR EL SENSOR DE TEMPERATURA

PINZA

UTILIZADO PARA FORMAR LA ESTRUCTURA DE SOPORTE

+

7.

 VARILLAS

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8

SOPORTE PARA  ADERIR LAS VARILLAS  Y FORMA UNA ESTRUCTURA FIRME PARA SU MANEJO

NUEZ DOBLE

INSTRUMENTO PARA FIJAR LA ESTRUCTURA A LA MESA

MORDAZA DE MESA

9.

10.

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INSTRUMENTO QUE NOS DA LA CANTIDAD DE CALOR SUFICIENTE PARA LLEGAR AL PUNTO DE EBULLICION DEL  AGUA

FUENTE DE CALOR (COCINA ELECTRICA)

GRUPO  A

ESPECIALIDAD: 

MANTENIMIENTO DE MAQUINARIA DE PLANTA

Entregar al Docente en la sesión de Laboratorio.

16

COORDINADOR DEL GRUPO

 ANDREE VALDIVIA REVUELTA

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3. FUNDAMENTO TEÓRICO 3.1. Gráficos. Los gráficos son una de las principales maneras de representar y analizar datos en Ciencia y Tecnología. Deben ser claros y contener un título, ejes, escalas, unidades y barra de error. Las siguientes recomendaciones son válidas tanto para las gráficas hechas en papel milimetrado como en computadora y son requisitos necesarios para que un gráfico sea bien interpretado y sea además realmente útil. 3.1.1. Elección de las variables. Una variable es aquella cantidad a la que puede asignársele durante el proceso un número ilimitado de valores. Generalmente a la variable que podemos controlar o variar la ponemos en el eje x. Esta variable se llama variable independiente . La segunda variable a medir se llama variable dependiente  dependen de los valores que tomen las variables independientes y las representamos en el eje y. Por ejemplo en las llamadas gráficas de movimiento representamos la posición, velocidad y aceleración vs el tiempo y ponemos siempre a la variable tiempo en el eje x, ya que es la que podemos controlar durante el experimento. Se dice que una imagen vale más que mil palabras y esto es particularmente cierto en la física donde un gráfico vale más que mil datos en una tabla. El “estándar de oro” en la en el campo de las gráficas es la línea recta, ya que ésta es la única

curva que podemos reconocer sin problemas, así que mientras la teoría lo permita, es recomendable escoger las variables a graficar de tal forma que el grafico sea una recta.

3.1.2. Elección de las escalas. Consiste en determinar cuántas unidades de distancia, tiempo, etc., van a corresponder a cada cuadradito del papel milimetrado. Escoja un tamaño adecuado para el gráfico, generalmente una hoja entera de papel milimetrado. En general la relación de aspecto (alto / ancho) debe ser menor que 1, pues un gráfico será de mas fácil lectura, es por esa razón que el monitor de la computadora tiene una relación de aspecto menor que 1. La inclusión del origen de coordenadas depende de la información que deseamos obtener. Aunque queremos que el gráfico sea lo más grande posible también debe ser fácil de interpretar. Por ello es preferible que cada cuadradito del papel milimetrado corresponda a un número de unidades de fácil subdivisión. 3.1.3. Identificación de los datos y el gráfico. En cada eje es preciso identificar la variable representada por su nombre o símbolo y entre paréntesis las unidades utilizadas. Por ejemplo si el gráfico es de velocidad versus tiempo, lo mejor es que sobre el eje  y figure velocidad (m s-1) y sobre el eje x tiempo (s). También son aceptables v (m/s) y t (s). Siga la notación de unidades del SI. Cada gráfico debe tener un título que explique de que se trata o que representa. Por ejemplo, Figura 1.2. Velocidad de un móvil en caída libre, es correcto, pero Gráfico de velocidad versus tiempo, no lo es porque no contiene más información que la mínima y un título como Fig. 1, no tiene comentario. El título debe tener información necesaria para que cualquier lector entienda la figura. Todas las figuras deben ser numeradas en secuencia. No olvide que esquemas, diseños y gráficos son figuras. Para marcar datos en el papel, utilice símbolos de tamaño fácilmente visible (cruz o aspa). 17

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3.2. Ajuste de curvas Consiste en determinar la relación matemática que mejor se aproxime a los resultados del fenómeno medido. Para realizar el ajuste, primero elegimos la función a la que se aproxime la distribución de puntos graficados. Entre las principales funciones tenemos: Función lineal: Función cuadrática: Función polinomial: Función exponencial: Función potencial:

Y=a+bX Y = a + b X + c X2 Y = a + b X + c X2 + ...... + N XN Y = A eX Y = A XB

Donde X e Y representan variables, mientras que a, b, c, A y B son constantes a determinar. Una vez elegida la función se determina las constantes de manera que particularicen la curva del fenómeno observado. 3.2.1. Método gráfico En muchas situaciones la relación de dos cantidades físicas es una relación lineal. En estos casos se dice que la variable dependiente es  proporcional a la variable independiente con una constante de  proporcionalidad dada .

Para utilizar el método gráfico primero se debe graficar los puntos experimentales y verificar si la relación entre las dos variables es aparentemente lineal. El segundo paso es dibujar la mejor recta, es decir la que pase cerca o sobre casi todos los puntos graficados. Luego para determinar b se ubica el punto de intersección con el eje Y. Para determinar m (la pendiente) se utiliza la siguiente expresión. m



 y 2



 y1

 x 2



 x1

(1)

con lo cual obtendremos un valor de m por cada dos pares de puntos, el valor m  final será el promedio simple de todos esos valores encontrados. En la figura 3.2.1, podemos apreciar la ubicación de los valores de b y m.  Y y6

m5

y5 m4 y4

m3

y3 y2 y1

m2 m1

x

x

x

x

x

x

a

x1

x2

x3

x4

x5

x6

X

Fig. 3.2.1. Recta ajustada por el método gráfico. 3.2.2. Método de mínimos cuadrados. Se utiliza cuando la nube de puntos sugiere una relación lineal entre X e Y, es decir 18

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 Y = m x + b

(2)

lo que se busca es determinar los valores para la pendiente m y la constante b, en una línea recta denominada de ajuste. Los valores de m y b se hallan por medio de las expresiones: m

 N  xi yi   xi   y i  N  xi  2

 x 

2

 

(3)

i

 xi  yi   xi  xi yi b  N  xi   xi  2

2

(4)

2

donde N es el número de mediciones tomadas. 3.3. Cantidad de calor. Cuando una sustancia se le añade energía sin hacer trabajo usualmente suele aumentar su temperatura. La cantidad de energía necesaria para incrementar en cierta cantidad la temperatura de una masa de una sustancia varía de una sustancia a otra. Tengamos en cuenta que no sólo se puede cambiar la temperatura de un cuerpo por transferencia de calor, también se puede cambiar la temperatura de un sistema al realizar un trabajo sobre el mismo. La capacidad calorífica C de una muestra particular de una sustancia se define como la cantidad de energía necesaria para aumentar la temperatura de esa muestra en 1 ºC. A partir de esta definición se ve que el calor Q produce un cambio T de temperatura en una sustancia entonces: Q  C T   

(5)

El calor específico c de una sustancia es la capacidad calorífica por unidad de masa. Así pues, si la energía Q transferida por calor a una masa m de una sustancia cambia la temperatura de la muestra en T. Si el sistema tiene una temperatura inicial T0 incrementa o disminuye su temperatura a un valor T, la cantidad de calor Q que gana o pierde el sistema está dado por:

Q



mc(T



To )  

(6)

Si la cantidad de calor es suministrada en forma constante a medida que transcurre el tiempo, el flujo calorífico Q será pues constante. Por definición del flujo calorífico y usando la ecuación (6) tenemos:

Q 

Q t 



mc

T  t 

 mc

T 0 t 

(7)

Donde el último término en la ecuación (7) es igual a cero, puesto que la temperatura inicial T 0 tiene un valor fijo. Estableciendo una dependencia de la temperatura con el tiempo se puede escribir:

19

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donde

T



Q mc

Q mc

t 

t  T 0  

(8)

(9)

cagua= 1 Cal / g ºC = 4186 J / kg ºC La ecuación (9) muestra la relación lineal que existe entre la temperatura en el sistema y el tiempo. Nota: El calor específico puede ser considerado constante en la experiencia, puesto que su variación con la temperatura es muy pequeña. 4. 12PROCEDIMIENTO 4.1 Método de los mínimos cuadrados. Tomemos como ejemplo ahora la relación entre la deformación y fuerza aplicada a un resorte (Ley de Hooke). Medimos la deformación que produce el peso de 5 masas diferentes a partir de la posición de equilibrio (x = 0) de un resorte. Se obtuvieron los siguientes datos. TABLA 4.1. Deformación de un resorte Peso (N) Deformación (mm) 0.4 8 1.1 16 1.5 21 2.1 27 3.8 49 Usando el método de mínimos cuadrados halle los valores de m y b.

Xi 0.4 1 1.5 2.1 3.8  Xi=8.9

TABLA 4.2. Tabla de mínimos cuadrados  Y i X Y  Xi2 i i 8 3.2 0.16 16 17.6 1.21 21 31.5 2.25 27 56.7 4.41 49 186.2 14.44 2  Y i=121  X Y   Xi =22.42 i i=295.2

m = 12.134387 (mm/N)

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b = 2.60079 (mm/N) 4.2 Uso del CapstoneTM.

Figura. 4.1. PASCO CapstoneTM Ingrese al programa CapstoneTM, al ingresar al sistema lo recibirá la ventana de bienvenida siguiente

Figura. 4.2. Ventana de bienvenida del CapstoneTM Haga clic sobre el icono de Tabla y grafico e introducir datos y seguidamente ingresará los siguientes datos  Ahora tomemos como ejemplo el movimiento en una dimensión con aceleración constante. 21

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TABLA 4.3. Movimiento en una dimensión con aceleración constante Tiempo (s) Posición (m) 0.00 0.85 2.25 10.50 0.15 0.85 2.40 14.05 0.30 0.50 2.55 12.25 0.45 1.85 2.70 15.10 0.60 1.60 2.85 16.30 0.75 3.55 3.00 17.65 0.90 2.05 3.15 19.95 1.05 5.30 3.30 20.20 1.20 4.65 3.45 22.40 1.35 5.10 3.60 22.56 1.50 6.49 3.75 25.35 1.65 5.80 3.90 24.90 1.80 9.04 4.05 28.85 1.95 9.25 4.20 30.22 2.10 10.71 4.35 32.50

Grafica obtenida por el programa PASCO al momento de terminar de ingresar los datos de la tabla cual en la cual podemos observar la pendiente el intercepto y la razón la cuales pudimos obtener gracias a los AJUSTES DE CURVAS .(GRAFICA REFERENTE A LA TABLA 4.3)

22

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5.  APLICACIÓN. DETERMINACIÓN DE LA CANTIDAD DE CALOR. Haga el montaje de la figura 5.1.

  Varilla

Sensor de temperatura

Nuez doble

Nuez doble

Base

Figura 5.1 Montaje experimental. Ingrese al programa PASCO CapstoneTM, haga clic sobre el icono Tabla y gráfica, luego elegir el sensor de temperatura previamente insertado a la interfase USB Link. Seguidamente procedemos a configurar dicho sensor, para lo cual hacemos doble clic sobre el icono CONFIGURACION  y lo configuramos para que registre un periodo de muestreo de 1 Hz en ºC. Luego presione el icono del SENSOR DE TEMPERATURA, en configuración seleccione numérico y cambie a 2 cifras después de la coma decimal, según datos proporcionados por el fabricante el sensor mide en el rango de -35 ºC a 135 ºC con un paso de 0.01 ºC. Una vez calibrado el sensor arrastramos el icono Gráfico sobre el icono sensor de temperatura y seleccionamos la gráfica temperatura vs tiempo, luego hacemos el montaje de la figura 5.1. Inicie la toma de datos encendiendo el mechero y oprimiendo el botón grabar en la barra de configuración principal de PASCO CapstoneTM. Utilice las herramientas de análisis del programa para determinar la pendiente de la gráfica. Interrumpa las medidas a los 75 °C.  Agite el agua con el fin de crear corrientes de convección y distribuir el aumento de temperatura a todo el recipiente. Mantenga constante el flujo calorífico de la fuente. Borre las mediciones incorrectas, no almacene datos innecesarios.

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 Al momento de medir la masa de agua que introducirá en el matraz cuide de no mojar la balanza. TABLA 5.1. Flujo de calor hacia el agua Masa del agua  Volumen del (g) 100.04 agua (cm3 ) Temperatura inicial (°C) Tiempo total (minutos)

22.2 3min y 34 segundos

Intercepto (b) Pendiente (m)

100.04 -193±2.4 3.17±0.36

Repita el procedimiento anterior cambiando la cantidad de agua en el matraz Masa del agua (g) Temperatura inicial (°C) Tiempo total (minutos)

TABLA 5.2 Flujo de calor hacia el agua  Volumen del 201.75 agua (cm3 ) 201.75 27.3 7min

Intercepto (b) Pendiente (m)

-368±4.1 10.4±0.07

Grafica obtenida por el programa PASCO al momento de realizar la toma de temperatura cual vario desde la temperatura 22.2°C hasta la temperatura 75.1°C en la cual podemos observar la pendiente el intercepto y la razón la cuales pudimos obtener gracias a los AJUSTES DE CURVAS. (GRAFICA REFERENTE A LA TABLA 5.1)

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Grafica obtenida por el programa PASCO al momento de realizar la toma de temperatura cual vario desde la temperatura 27.3°C hasta la temperatura 75.0°C en la cual podemos observar la pendiente el intercepto y la razón la cuales pudimos obtener gracias a los AJUSTES DE CURVAS .(GRAFICA REFERENTE A LA TABLA 5.2)

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5.

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CUESTIONARIO

5.1

Según los resultados de las tablas 4.1 y 4.2 responda:

5.1.1 ¿Cuál es el valor de m en unidades del Sistema Internacional (SI)?  

El valor de m (pendiente) es 12.134387 (mm/N) En el sistema internacional su valor seria:

     ()

5.1.2 Escriba entonces la expresión final de la ecuación en unidades SI. 

La expresión final de la ecuación seria:



5.1.3 Al proceso de hallar resultados no medidos entre valores medidos, con la ayuda de la ecuación de la recta se le llama interpolación. Halle la deformación si le hubiésemos puesto un peso de 1.4 N.  La deformación para un peso de 1.4N seria :

   5.1.4 Al proceso de hallar resultados no medidos fuera de los valores registrados se le llama extrapolación. Halle la deformación par un peso de 5 N.  La deformación para un peso de 5N seria :

   5.2

Según los resultados de las tabla 4.3 responda:

5.2.1 ¿Qué tipo de ajuste uso? ¿Por qué? 

Se realizó el ajustes de curvas con el fin de comprobar la concordancia entre la relación matemática que mejor se aproxime a los resultados del fenómeno medido utilizando la herramienta del programa Pasco, menú de ajustes con el cual podemos hacer ajustes de tipo lineal , cuadrático, polinomial , inverso , etc. A la curva de datos obtenidos y también nos proporcionara datos como la pendiente el intercepto y la razón.

5.2.2 ¿Cuál es el valor de la posición inicial? ¿Qué variable es en la ecuación?  

La posición inicial es 0,85 Dentro de la ecuación es una variable dependiente

5.2.3 ¿Cuál es el valor de la velocidad inicial? ¿Qué variable es en la ecuación? 5.2.4 ¿Cuál es la aceleración del móvil? ¿Qué variable es en la ecuación?  

En el caso de la tabla 4.3 nos indica que la aceleración del móvil es constante Dentro de la ecuación es una variable independiente 26

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5.2.5 Del menú estadísticas obtenga los valores máximo y mínimo de la posición y la desviación estándar. Guarde sus datos. 5.3

Según la aplicación y los resultados de la tabla 5.1 y 5.2 responda

5.3.1 Calcule el flujo de calor para ambas cantidades de agua. (Escriba los cálculos al detalle) 5.3.2 Calcule el calor absorbido por el agua. (Escriba los cálculos al detalle)

FÓRMULA PARA HALLAR EL CALOR ABSORBIDO:



                5.3.3 ¿Qué relación existe entre las pendientes de las diferentes gráficas y la cantidad de calor absorbida para los diferentes casos? 

Si uno aumento el otro también por lo tanto es una relación directamente proporcional

5.3.4 ¿Qué le sucedería a las gráficas si el agua es cambiada por volúmenes iguales de un líquido de mayor calor especifico?, explique su respuesta. 



Al cambiar el agua por un líquido de mayor calor especifico el líquido tardaría mucho más tiempo con respecto al tiempo que tarda el agua en variar de temperatura Las gráficas variaran en longitud , en pendiente y intercepto

5.3.5 ¿Cuál es la razón de no llegar hasta los 100 °C en esta experiencia? 



6. 6.1

La razón por la cual no hemos llevado el agua a 100°C es porque a esa temperatura el agua empieza a evaporarse , ya que su grado de ebullición es de 92.6°C la cual varía según la presión atmosférica También al cambiar de temperatura la graficas se verían afectadas porque variarían en pendiente, en intercepto y razón. PROBLEMAS DE APLICACIÓN a ) El estaño se funde a 232 oC y el nitrógeno hierve a -183 oC. Exprese estas

temperaturas en grados Kelvin.

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FORMULA DE CONVERSIÓN DE GRADOS CELSIUS A KELVIN:

    

CONVERSION DE 232 °C Á KELVIN:

CONVERSION DE-183°C Á KELVIN:

3  1  3  1  3  3                      RPTA.1:   690.6 °K  RPTA.1:   -54.6 °K 6.2

Una esfera de cuarzo tiene 8.75 cm de diámetro ¿Cuál será su cambio en volumen si se calienta de 30 oC a 200 oC ? (α = 0.4x10-6 oC-1)

FORMULA PARA HALLAR EL VOLUMEN DE UNA ESFERA:

    

          

  

VO=18.325957cm FÓRMULA PARA HALLAR LA VARIACIÓN VOLUMÉTRICA:

  

              7.

 APLICACIÓN A LA ESPECIALIDAD (Se presenta dos aplicaciones del tema realizado, aplicados a su especialidad) 7.1MOTOR TERMICO 28

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DEFINICION: Un motor térmico es una máquina térmica que transforma calor en trabajo mecánico por medio del aprovechamiento del gradiente de temperatura entre una fuente de calor (foco caliente) y un sumidero de calor (foco frío). El calor se transfiere de la fuente al sumidero y, durante este proceso, algo del calor se convierte en trabajo por medio del aprovechamiento de las propiedades de un fluido de trabajo, usualmente un gas o el vapor de un líquido. PRINCIPIO BÁSICO DE FUNCIONAMIENTO: En un motor térmico se producen una serie de transformaciones que conducen a un estado inicial (es decir, tiene un ciclo cerrado). En el transcurso de estas transformaciones, el motor recibe energía térmica en forma de calor y devuelve energía mecánica en forma de trabajo. EFICIENCIA DE LOS MOTORES TÉRMICOS: La eficiencia de varios motores térmicos propuestos o usados hoy en día oscila entre el 3 % (97 % de calor desperdiciado) para los sistemas de conversión de energía térmica del océano, el 25 % para la mayor parte de los motores de automóviles, el 35 % para una planta generadora de carbón supercrítico, y el 60 % para una turbina de gas de ciclo combinado con enfriamiento de vapor. Todos estos procesos obtienen su eficiencia (o la pierden) debido a la depresión de la temperatura a través de ellos. Por ejemplo, los sistemas de conversión de energía térmica del océano emplean una diferencia de temperatura entre el agua sobre la superficie y el agua en las profundidades del océano, es decir, una diferencia de tal vez 25 grados Celsius, por lo que la eficiencia debe ser baja. Las turbinas de ciclo combinado utilizan quemadores de gas natural para calentar aire hasta cerca de 1530 grados Celsius, es decir, una diferencia de hasta 1500 grados, por lo que la eficiencia puede ser mayor cuando se añade el ciclo de enfriamiento de vapor. Máquinas de combustión interna En las máquinas de combustión interna, los gases de la combustión son los que circulan por la propia máquina. En este caso, la máquina será necesariamente de ciclo abierto, y el fluido motor será el aire (no condensable) empleado como comburente en la combustión. Motores de combustión interna Rotativo

 Alternativo

Turbomáquina  Volumétrico Encendido por compresión Encendido provocado Motor cohete

Reacción

 Aerorreactor sin compresor  Aerorreactor con compresor 29

Turbina de gas de ciclo abierto Motor Wankel, Quasiturbina Motor diésel Motor de explosión (Otto, Miller, de mezcla pobre, de Ciclo  Atkinson) Cohete espacial de propulsante líquido/sólido Estatorreactor Pulsorreactor Turborreactor Turbofán Turbohélice

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Máquinas de combustión externa Si la combustión es externa, el calor de la combustión se transfiere al fluido a través de una pared, por ejemplo en un intercambiador de calor. Este tipo de máquinas no exige un proceso de combustión, como sucede en las instalaciones nucleares, si bien es el procedimiento usual. Dado que el fluido motor no sufre degradación alguna, estas máquinas pueden ser de ciclo cerrado, a lo que actualmente se tiende por razones económicas. Motores de combustión externa Turbina de vapor ciclo abierto o cerrado Fluido condensable Máquina de vapor ciclo  Alternativo abierto o cerrado Turbina de gas de ciclo Turbomáquina Fluido no cerrado condensable  Alternativo Motor Stirling NOTA: Los motores volumétricos rotativos y de reacción no han sido desarrollados. Turbomáquina

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7.2 BOMBAS DE CALOR

DEFINICION: La bomba de calor es una máquina frigorífica que toma calor de un espacio frío y lo transfiere a otro más caliente gracias a un trabajo aportado desde el exterior, es decir, hace lo mismo exactamente que la máquina frigorífica, lo único que cambia es el objetivo. En la máquina frigorífica el objetivo es enfriar y mantener frío el espacio frío. La bomba de calor, sin embargo, tiene como objetivo aportar calor y mantener caliente el espacio caliente COP DE LA BOMBA DE CALOR: Bomba de calor. Ciclos de funcionamiento de invierno y verano El concepto de rendimiento se aplica a máquinas de generación o transformación de energía, y de conformidad con el Primer principio de la termodinámica, su valor no puede ser superior a la unidad. Las máquinas frigoríficas y por tanto la bomba de calor, no generan energía, solo la transportan de una región fría a otra más caliente. En este cometido, se obtienen rendimientos superiores al 100%. Para evitar la confusión que esto podría suponer, en este tipo de máquinas el concepto de rendimiento toma el nombre genérico de eficiencia y en el caso de la bomba de calor, el coeficiente de eficiencia se denomina CoP, que es el acrónimo de Coefficient of Performance. Evidentemente, en las máquinas reversibles habrá dos coeficientes de eficiencia; uno como máquina frigorífica y otro como bomba de calor, conocidos en la práctica como CoP de verano y CoP de invierno. En ambos, el concepto es el mismo expresado en la máquina de Carnot: La única diferencia entre ambos es el numerador, es decir, el beneficio obtenido. En invierno, cuando la máquina funciona como bomba de calor, el beneficio es el calor depositado en el foco caliente o lo que es lo mismo2 ,la temperatura absoluta del lado caliente, mientras que en verano, será el calor disipado en el lado frío, es decir la temperatura absoluta del lado frío. Este CoP es el máximo teórico, que en unas condiciones de 0ºC en el exterior y 20ºC en el interior, da un valor de 14,65, es decir, en teoría se podrían obtener hasta 14,65 kW de calor por cada kW eléctrico consumido. Evidentemente, esto es teórico y en la práctica teniendo en cuenta las irreversibilidades del ciclo frigorífico real, el CoP se queda en un 15% del máximo teórico . En el diagrama P-h del refrigerante correspondiente se pueden trazar los ciclos y calcular los CoP teóricos de funcionamiento exactamente igual que se hace para la máquina frigorífica.

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8.

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OBSERVACIONES

8.1 Riesgos de quemaduras ya que se utilizó una cocina eléctrica y al no tener instrumento de seguridad. 8.2 Se noto la importancia de, a presion atmosferica ya que de Ella depende el punto del agua y de cualquier liquido. 9.

CONCLUSIONES

9.1. Este laboratorio pudimos aprender a analizar las diferentes graficas que pudimos obtener al ingresar datos en el programa Pasco o que se nos han proporcionado por sensores digitales que hemos instalado y configurado para su uso en el laboratorio 9.2 Se pudo llegar a la conclusión que los datos obtenidos de forma teórica varían a comparación con lo que expone Pasco habiendo un pequeño margen de error entre ambas siendo de mayor precisión y optimo usar el software

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