INFORME DEL LABORATORIO DE TERMODINÁMICA. MAQUINA TÉRMICA DE VAPOR.

INTEGRANTES:Angelica Montenegro. C.C. 1152192721Harold Aza. C.C. 1085923434

ResumenSe realizo un montaje de una maquina La máquina térmica de vapor es un mecanismo en el que se observa la transferencia de calor en un sistema abierto, con el objetivo de transferir materia y energía de un lugar a otro, Así el modelo de jerónimo Ayanz permite determinar la eficiencia del combustible utilizado al momento de proporcionar la energía al sistema. En esta práctica se determinara la eficiencia del etanol como combustible que proporcionara calor necesario al sistema para realizar la práctica, el cual la energía potencial y trabajo obtenidos en la determinaran si la energía proporcionada por el etanol fue eficiente o no.

Palabras claves:Eficiencia.Trabajo EnergíaCalor.

Esquema gráfico.

Estema de la maquina térmica de vapor

Esquema del laboratorio

1) Se enciende el mechero provisto de etanol, para empezar el calentamiento de agua contenida en un Erlenmeyer produciendo energía química.

2) Cuando el agua alcanza su punto de ebullición, comienza emitir vapor que se queda retenido, dentro del recipiente y solo tiene un tubo de escape que conlleva a otro Erlenmeyer.

3) En el vapor de agua es conducido por la tubería y llega a un Erlenmeyer, contenido de agua en cierta cantidad, el vapor comienza a ejercer presión ya que no tiene modo alguno de escape.

4) Por la diferencia de presiones el agua contenida dentro del segundo Erlenmeyer, busca estabilizarse y sale por un conducto k la lleva a un beaker, que solo está expuesto a la presión atmosférica.

5) El agua llega por medio del tubo realizando un trabajo, ya que está recorriendo cierta distancia para llegar allí, y empieza a introducirse dentro de este recipiente.

6) Cuando se deja de emitir calor hacia el primer recipiente las presiones se etabilizan y se frena el proceso

Marco conceptual.(conceptos, leyes y demás aplicados en la práctica)

La máquina de vapor está constituida por una caldera, provista de alimentación de un combustible, válvulas de paso, recipientes de almacenamiento de agua y conductos donde se transporta el vapor, además de un recipiente superior donde llegara el vapor.

Este montaje de una maquina térmica es básico cuando se quiere calcular la eficiencia de la máquina, es decir que porcentaje de la energía que consume es capaz de proporcionar o suministrar.

Con el fin de obtener la eficiencia de la máquina de vapor, se deben tener en cuenta los siguientes factores: trabajo, energía química, calor, eficiencia global y eficiencia térmica.

El trabajo (W) es una interacción de energía entre un sistema y sus alrededores, es la transferencia de energía asociada a una fuerza que actúa a través de la distancia.

W=Fxd

(F: Fuerza. En este caso dada por la masa del agua multiplicada por la fuerza de gravedad) – (d: distancia recorrida por el agua).

La energía (E) puede existir en numerosas formas: térmica, mecánica, química, nuclear, cinética, potencial, eléctrica y magnética; y su suma constituye la energía total de un sistema. Pero en el análisis de esta eficiencia solo nos interesa la energía química, por lo tanto nos enfocaremos en esta.

La energía química (Eq)

Eq= ∆P x Pc

(∆P: Diferencial de peso) – (Pc: Energía calorifica)

El calor (Q) es una interacción energética, que tiene lugar siempre y cuando haya una diferencia de temperatura entre el sistema y el entorno.

Q= M x Cp x ∆T

(M: Masa del agua) (Cp : Capacidad térmica específica a presión constante) (∆T: Diferencial de temperatura)

La eficiencia es el coeficiente de funcionamiento como una medida del desempeño de los dispositivos. Sin embargo esta eficiencia no hace referencia al máximo desempeño posible.

Eficiencia global

Efg=

(W: Trabajo) - (Eq:Energía química)

Eficiencia térmica

Eft=

(W:Trabajo) - (Q: calor)

Para terminar es importante hacer referencia a la primera ley de la termodinámica ¨La energía nos se puede crear ni destruir durante un proceso, solo puede cambiar de forma¨; por lo tanto se deduce que la energía que sale del rango de eficiencia sale del sistema como calor y se pierde en el medio.

Resultados Obtenidos:

Masa del etanolMei= 383,1x10-3 kg Mef= 380,9 x10-3 kg ∆Me= (Mf-Mi)= 2,2 x10-3 kg de etanol.

Volumen inicial de agua en el Erlenmeyer.Vi= 50 mL

Volumen final de agua en el beaker.Vf = 31 mL

Temperatura inicial.Ti= 25ºC

Temperatura final.Tf= 96ºC

Diferencial de temperatura.

∆T=(Tf -Ti)= 96,2 ºC – 28ºC∆T=68.2ºC = 341.35 K

Longitud del recipiente.H= 0.22 m

Densidad del agua.P= 1 g/cm3

Poder calorífico del etanol (pci).Pc = 26790 kj/kg

Capacidad térmica del agua.Cp = 1.8723 k j/(kg . k)

Masa del agua.Magua= 50 cm3 x 1 g/cm3

Magua= 50g = 50 x10-3 kg

Masa del agua en el beaker M2= 31ml x 1g/ml = 31gr = 0.031 kg

Trabajo potencial.Wpt= Magua x H x gWpt = 50 x10-3 kg x 0.22 m x 9.8m/s2

Wpt = 0.11 J

Energía química.Eq= ∆Me x Pc Eq= 2,2 x10-3 kg x 26790 kj/kgEq= 58.938 kJ

Eficiencia global.

Efg= =

Efg =1.89x10-4 %

Calor que recibe el agua de la caldera.Qagua= M2 x Cp x ∆T

Qagua=0.031kg x1.8723 x341.35K

Qagua= 19.8124 kJ

Eficiencia térmica.

Eft= =

Eft= 9.085x10-4%

Análisis de resultados.

-Se puede notar al poco consume de etanol ambas eficiencia fueron muy bajas.

-La mala distribución del calor provoco que el sistema realizará más lento la transferencia de energía potencia y de materia.

-A pesar de que eficiencias fueron bajas se notó que hubo más desplazamiento de agua en con respecto al volumen inicial que fue calentado directamente

-La energía química del etanol es de 95.1045 kJ y es decir el etano tiene una energía potencial de 0.18 J.

-Debido a una posible condensación en la tubería que llevaba el vapor de agua al recipiente donde se iba ejercer presión esto pudo causar una disminución de la eficiencia en la energía trasferida por el etanol.

Conclusion.

- Debido al que el calor del mechero fue uniforme es posible que hubo perdida de calor él hace que la eficiencia no sea óptima.

- La máquina térmica de vapor es un sistema que permite determinar la energía que proporciona el etanol de una manera muy práctica y convincente.

- La eficiencia del etanol en la maquina resulto ser muy baja a pesar de la presencia de energía mecánica o haber presencia de energía química.

- En esta práctica se puede observar la perdida de energía por un sistema poco eficiente, esta energía debe disiparse probablemente en forma de calor; debido a que sabemos por la primera ley de la termodinámica que la energía no se crea ni se destruye solo cambia de forma.

Bibliografía.

Termodinamica - Yunus A.cengel- Michael A.boles - tomo 1 segunda edición.

http://www.cie.unam.mx/~ojs/pub/Termodinamica/node88.html