practica de termodinamica

5/10/2018 practica de termodinamica - slidepdf.com

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO

FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN

CARRERA: INGENIERIA MECANICA

MATERIA: LABORATORIO DE TERMODINAMICA

PRACTICA No.1:

CONCEPTOS BASICOS: “DENSIDADES”

INTEGRANTES:

LOPEZ MORA MARIA GUADADLUPE

RUBIO PEREZ CINTHYA YURIDIA

PROFESOR: ING. ALEJANDRO RODRIGUEZ LORENZANA

GRUPO: MARTES DE 17:30 – 19:00 HRS.

FECHA DE REALIZACION: MARTES 29 DE AGOSTO DE 2011

FECHA DE ENTREGA: MARTES 6 DE SEPTIEMBRE DE 2011

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PRACTICA No.1

CONCEPTOS FUNDAMENTALES: “DENSIDADES”

LABORATORIO DE TERMODINAMICA Página 2

ASPECTOS TEORICOS.

Masa:

En la cantidad de materia de que un cuerpo. En términos más específicos, la masa es

una medida de la inercia, que un cuerpo manifiesta en respuesta de cualquier esfuerzo

que se hace para ponerlo en movimiento, detenerlo, o cambiar de alguna otra forma

su estado de movimiento. Sus unidades son: Kg, g, lb.

Volumen:

Es considerado como la medida del espacio en tres dimensiones, ocupado por un

cuerpo. Sus unidades son: m³, cm³, in³.

Volumen Específico (Vesp):

Es el volumen de una sustancia entre su masa:

Densidad Absoluta (ρabs):

Es el cociente de la masa por unidad de volumen:

Es decir el reciproco del volumen específico:

La densidad absoluta del agua a 4°C es de:



PRACTICA No.1



Densidad Relativa (ρrel):

Es la relación o cociente entre la densidad del cuerpo (ρabs) y el correspondiente a otra

sustancia que se tomara como patrón. En los sólidos y líquidos la ρrel se suele referir al

agua, mientras que en los gases, normalmente, se refiere al aire.

Principio de Arquímedes:

Un objeto totalmente sumergido desplaza siempre un volumen del líquido igual a su

propio peso.

Areómetros y Densímetros:

Se les da este nombre a diferentes aparatos que basados en el Principio de

Arquímedes, se utilizan para medir las densidades de sólidos y líquidos.

Densímetros:

Cuando los areómetros tienen una escala vertical graduada en la cual se lee

directamente la densidad de los líquidos en que se introducen, reciben el nombre

de densímetros y cuando se utilizan para medir determinadas densidades, reciben

nombres especiales, tales como pesa ácidos, pesa sales, pesa leches, etc.

Existen dos clases de areómetros:

a) Areómetros de Inmersión Constante

1. Areómetro de Nicholson.- Es uno de los más utilizados, consiste en un flotador de tubometálico hueco que lleva suspendido en su parte inferior una canastilla provista de

una tapadera perforada y en la superior lleva un platillo en el extremo del vástago quetiene un índice. El cono inferior del tubo hueco va lastrado con plomo con el objeto de



PRACTICA No.1



bajar el centro de gravedad de la parte sumergida; de esta manera se mantiene vertical

el aerómetro.

b) Areómetro de Inmersión Variable:

Los areómetros de inmersión variable son de dos tipos: areómetros de

flotación o inmersión variables y areómetros de Paquet.

1. Areómetro de Flotación.- Son los utilizados principalmente para medir pesosespecíficos de líquidos, colocando el areómetro en un liquido de densidadconocida y después es uno de densidad desconocida; de los valores de losvolúmenes sumergidos se deduce el valor del peso especifico desconocidoaplicando el principio de Arquímedes.



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2. Areómetro de Paquet.- Tiene en la parte superior una capsula con divisiones que

representan centímetros cúbicos y decimas de centímetros cúbicos. El vástagoesta graduado en decimas de gramo.

Existen también otros aparatos que nos ayudan a determinar las densidades, por

ejemplo:

Balanza de Mohr-Westphal.- Esta consiste en una balanza de brazosdesiguales que lleva en el brazo mayor un lastre o flotador y pesas distintas

para contrarrestar el empuje ascendente sobre el flotador. Esta se basa eninmersión constante. Este tipo de balanza son muy utilizados en la práctica,ya que no se requiere de ningún cálculo en virtud de la forma en que seprocede a los detalles de manipulación.



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Picnómetro o Frasco.- Consiste en un frasco de 50 cm3 aproximadamente, y

tiene un tapón con un tubo y un ensanchamiento. El tubo lleva una señalhasta la cual debe llegar el líquido. Otra forma de picnómetro es un frascoque tiene un tapón con una perforación capilar destinada a fijar con todaprecisión el volumen del liquido contenido en el. Este nos ayuda a determinarla densidad de un líquido o de un sólido.



PRACTICA No.1



OBJETIVO:

Comprender los conceptos adquiridos de masa, peso, volumen, densidad absoluta y

densidad relativa.

ACTIVIDADES:

1. Determinar la densidad de dos metales de forma regular y diferente material,

a partir de la obtención de su volumen, midiendo los lados de los cuerpos

Geométricamente regulares.

2. Determinar la densidad de los metales y de un cuerpo geométricamente

Irregular (piedra de tezontle o concreto), aplicando el principio de Arquímedes

a los cuerpos antes mencionados.

3. Determinar la densidad relativa de tres líquidos, utilizando el Hidrómetro deBoyle graficando la altura del agua (agua) contra la altura del liquido (liquido) a

Medir y ajustar la recta obtenida por el Método de Mínimos Cuadrados.

4. Determinar la densidad de los líquidos utilizados en la actividad 3, mediante el

empleo del densímetro.

5. Comprobar la densidad, mediante la observación realizada con los diferentes

líquidos utilizados en la actividad 3.



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MATERIAL Y/O EQUIPO:

1 Balanza granataria.

1 Flexòmetro de 2 m.

1 Probeta graduada de 500 ml.

1 Hidrómetro de Boyle.

2 Vasos de precipitados de 600 ml.

2 Cuerpos metálicos de diferentes materiales.

1 Trozo de piedra de tezontle o concreto.

1 Densímetro.

1 Termómetro mercurial -10 a 50 C.

1 Pinza.

2 Vasos de precipitados de 150 ml.

SUSTANCIAS:

150 ml de alcohol.

150 ml de agua.

150 ml de gasolina.

150 ml de salmuera.



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DESARROLLO:

Actividad 1: Densidad de los metales de forma regular.

1. Calibrar la balanza.

2. Medir la masa de los metales, y anotar su valor en la tabla 1.1A

3. Medir uno de los lados del cuerpo regular. Anotar su valor en la tabla 1.1A

4. Determinar el volumen de los cubos de metal mediante la siguiente expresión.

Donde:

• Vm= Volumen del metal ( .

• l1, l2, l3= Longitudes del metal (m, cm, in).

5. Calcular la densidad del metal, utilizando:

Donde:

• ρm= Densidad del metal (

).

• Mm= Masa del metal ().

• Vm= Volumen del metal ( ).

Actividad 2: Obtención de la densidad aplicando el principio de Arquímedes.

1. Determinar la masa de la piedra y de los metales con la balanza. Anotar la lectura enla tabla 1.2A

2. Suministras 300 ml de agua en el vaso graduado de 600 ml

3. Introducir uno de los cubos de metal en el vaso de precipitado de 600 ml para



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determinar su volumen desplazado. Anotar su valor en la tabla 1.2A

4. Con las pinzas sacar el cuerpo metálico.

5. Introducir el otro cuerpo metálico en el vaso precipitado de 600 ml. Anotar su

valor en la tabla 1.2A

6. Con las pinzas sacar el cuerpo metálico.

7. Introducir en el mismo vaso el trozo de piedra y determinar su volumen

desplazado. Anotar su valor en la tabla 1.2A

8. Determinar la densidad de los materiales, utilizando la siguiente ecuación.

Anotar sus valores en la tabla 1.1B

Donde:

• Pasb

.

• m= Masa del metal ().

• V= Volumen del metal ( .

Actividad 3: Hidrómetro de Boyle.

1. En el Hidrómetro de Boyle se colocan dos vasos de precipitado con un volumen

de 150 ml de agua y alcohol respectivamente.

2. Seleccionar cinco lecturas que estén dentro del rango de la jeringa, observando

que la altura de los líquidos en los tubos no sobrepase la altura de los mismo

(efectuar cinco lecturas con el flexómetro); como se muestra en la figura. Anotar laslecturas en la tabla 1.3A



PRACTICA No.1



3. Realizar el procedimiento del paso anterior con la salmuera y la gasolina. Anotar suvalor en la tabla 1.3A

Puesto que la presión de vacio es la misma en ambas columnas y el área es la misma,

se tiene que: Pa = PL, ya que

Aplicando la ecuación de la presión hidrostática:

Donde:

•P = Presión

.

ha

PaPL

hL

Líquido

desconocido



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•ρ = Densidad

.

•g = Gravedad local ().

•h = Altura (m, cm, in).

Analizando Pa, se tiene:

Ahora PL:

Y si Pa = PL, tenemos:

Eliminando (g) en ambas ecuaciones:

Pasando las alturas al miembro izquierdo:

Pero la densidad relativa es:

Y como se considera, que cuando dos líquidos son homogéneos, las densidades son

proporcionales a las presiones, entonces:

Por lo que:



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Donde:

•ρrel = Densidad relativa del liquido [adimensional].

•ha = Altura de la columna de agua [m, cm, in].

•hL = Altura de la columna del liquido [m, cm, in].

•Pa = Presión del agua

.

• PL = Presión del liquido

.

• ρa = Densidad del agua .• ρl = Densidad del liquido

.Para obtener un valor estándar de la densidad del liquido se graficara en una hojamilimétrica (ha – hL).

Para obtener un solo valor, se linearizará mediante el método de mínimos cuadrados.

La ecuación de la línea recta en su forma ordinaria es:

0

1

2

3

4

5

6

Categoría 1 Categoría 2 Categoría 3 Categoría 4

Serie 1

Serie 2

Serie 3



PRACTICA No.1



Donde:

“m” representa la pendiente de la línea recta.

“b” la ordenada al origen.

Ahora la ecuación para determinar la pendiente de una línea dados dos puntos, seexpresa:

Donde:

Y2-Y1, representan la altura del agua, es decir “ha”

X2-X1, representan la altura del líquido, es decir “hL”

Sí

Lo cual indicaría que el valor de la pendiente es igual a la densidad relativa de unlíquido desconocido.

Para determinar “a” y “b”, aplicamos la fórmula de mínimos cuadrados y de esta formapodremos ajustar la recta. (Anotar los valores de los cálculos en la tabla 1.3B).



PRACTICA No.1



Como ya se dijo, con el valor de la pendiente se obtiene la densidad relativa para cadalíquido. Anotar su resultado en la tabla 1.3B

Calcular los valores de la densidad relativa, determinar la densidad absoluta de cadalíquido. Anotar el resultado en la tabla 1.3B

NOTA: ES NECESARIO ANEXAR LA MEMORIA DE CALCULOS AL REPORTE.

Actividad 4: El Densímetro.

Con la utilización de un densímetro que habrá de sumergirse en tres probetas

graduadas que respectivamente contengan agua, salmuera y alcohol; se pondrá

determinar que sustancias son más ligeras o más pesadas que el agua dulce.

Se demostrara que si el líquido es más denso que el agua dulce flotara y por lo

contrario si es de menor densidad se hundirá.



PRACTICA No.1



Actividad 5: Mezcla de líquidos.

1. El profesor mezclara en un vaso de precipitado de 150 ml para ir formando las

diferentes capas; donde la más densa tendrá hacia la parte inferior del vaso y la

menos densa hacia la parte superior.



PRACTICA No.1



TABLAS DE LECTURAS:

Tabla 1.1A

MATERIAL MASA (gr) LADO DEL CUERPO(cm)

Metal 1 327.3 5

Metal 2 272.2 3.3

Tabla 1.2A

MATERIAL MASA (gr) VOLUMENDESPLAZADO (ml)

Metal 1327.3

120

Metal 2 272.2 50

piedra 77.4 50

Tabla 1.3A

LECTURAS (cm) 1 2 3 4 5ha (altura del agua) 27 10 12.5 5.5 15.5

hl(altura delalcohol)

28 11 13.5 6.2 18.2

LECTURAS(cm) 1 2 3 4 5

ha(alturadel agua)

6.8 9.7 19.5 10.9 16.8

hl(alturadelsalmuera)

5.4 8.2 16.3 9.2 14.5



PRACTICA No.1



TABLAS DE RESULTADOS:

Tabla 1.1B

MATERIAL MASA VOLUMEN

DENSIDAD

Kg Gr Lb m³ cm³ in³ Kg/m³ g/cm³ lb/in³

Metal 1 0.33 327.3 0.72 125 7.63 2.6184 0.0943

Metal 2 0.27 272.2 0.6 35.937 2.19 7.5743 0.2739

Tabla 1.2B

MATERIAL MASA VOLUMEN

DESPLAZADO

DENSIDAD

kg gr lb m3 cm3 gr/cm3

lb/in3

Metal 1 0.33 327.3 0.72 120 7.32 2.7275 0.0983

Metal 2 0.27 272.2 0.6 50 3.05 5.444 0.1967

Piedra 0.08 77.4 0.17 50 3.05 0.0557



PRACTICA No.1



Tabla 1.3B

No. DE LECTURAS ALTURA DEL

AGUA ()

cm

ALTURA DEL

ACOHOL ()

cm

1 27 282 10 113 12.5 13.54 5.5 6.25 15.7 18.2

ΣY=70.7 ΣX=77 ΣXY=5443.9ΣX²=5929 (ΣX)²=5929

No. DE LECTURAS ALTURA DEL

AGUA ()

cm

ALTURA DE LA

SALMUERA ()

cm

1 6.8 5.42 9.7 8.23 19.5 16.34 10.9 9.25 16.8 14.5

ΣY= 63.7 ΣX=53.6 ΣXY=3414.32ΣX²=2872.96 (ΣX)²=2872.96



PRACTICA No.1



Tabla 1.3B

DENSIDADES

SUSTANCIADENSIDADRELATIVA(ADIMENSIONAL)

DENSIDAD ABSOLUTA

AGUA1 1000 1 0.03612

ALCOHOL0.91818 790 0.79 2805

SALMUERA1.1884

TABLAS Y GRAFICAS DE COMPARACION ENTRE LA DENSIDAD DELAGUA Y EL ALCOHOL EN CINCO MEDICIONES.

N Alcohol (x) Agua (y) (x)(y) (x²)

1 28 27 756 784

2 11 10 110 1213 13.6 12.5 170 184.96

4 6.2 5.5 34.1 38.44

5 18.2 15.7 285.74 331.24

SUMATORIA 77 70.7 1355.84 1459.64

y=mx+b

y=mx+b m=(N(∑xy)-(∑x)(∑y))/((N(∑ x²)-(∑x)²))

b=((∑x)(∑x²)-(∑x)(∑xy))/((N(∑x²)-(∑x)²

y= 26.4280368 x= 8.3 m= 0.97524102

y= 9.84893953 x= 10.8 b= -0.87871166

y= 12.3845662 x= 13.6

y= 5.16778265 x= 18.6

y= 16.8706748 x= 23.1



PRACTICA No.1



8.3

10.8

13.6

18.6

23.1

26.37261495

9.840566285

12.27174991

5.17269372216.84237513

Alcohol

A

g

u

a

38%

14%

18%

8%

22%

28 11 13.5 6.2 18.2

Alcohol

A

g

u

a



PRACTICA No.1



TABLAS Y GRAFICAS DE COMPARACION ENTRE LA DENSIDAD DEL

AGUA Y LA SALMUERA EN CINCO MEDICIONES.

N Salmuera (x) Agua (y) (x)(y) (x²)

1 5.4 6.8 36.72 29.16

2 8.2 9.7 79.54 67.24

3 16.3 19.5 317.85 265.69

4 9.2 10.9 100.28 84.64

5 14.5 16.8 243.6 210.25

SUMATORIA 53.6 63.7 777.99 656.98

y=mx+b

y=mx+b m=(N(∑xy)-(∑x)(∑y))/((N(∑x²)-(∑x)²))

b=((∑x)(∑x²)-(∑x)(∑xy))/((N(∑x²)-(∑x)²))

y= 6.59747536 x= 8.3 m= 1.15460989

y= 9.83038307 x= 10.8 b= 0.36258193

y= 19.1827232 x= 13.6

y= 10.984993 x= 18.6

y= 17.1044254 x= 23.1

0

5

10

15

20

25

6.59747536 9.830383065 19.18272321 10.98499296 17.1044254

Series1

Salmuera

A

g

u

a



PRACTICA No.1



CUESTIONARIO.

1) Explicar en términos de ingeniería, la relación entre el volumen específico ydensidad.

El volumen específico, es el volumen de una sustancia con respecto a la

unidad de masa ( ) mientras que la densidad es la masa de unasustancia contenida en la unidad de volumen (

) es decir, son

recíprocas entre sí ( ;

). Por lo tanto es una relación recíproca e

inversa a la vez.

2) Mencionar que tipo de errores se incurrió en la práctica.El hecho de que los humanos tengamos diferentes perspectivas distintas

sobre lo que vemos es uno de los errores más comunes y en la práctica se

pudo observar de una forma real, ya que en el momento de su realizaciónse hacía desde diversos puntos de vista puesto que eran distintos loscompañeros que tomaban las muestras y por tal circunstancia la lecturafinal de los datos entraba en controversia y se tenía que tomar unadecisión final para que la práctica siguiese su curso.

0

5

10

15

20

25

5.4 8.2 16.3 9.2 14.5

Series1

Salmuera

A

g

u

a



PRACTICA No.1



3) Cuando se calculó la densidad de los materiales, los resultados fueron diferentes;

¿Cuál es el más exacto y porqué?No se puede decir con veracidad cual cálculo sobre la densidad de uncuerpo fue el más, porque hubo cuerpos que se utilizaron en la prácticaque no tenían una forma definida (como la piedra), ya que es difícilencontrar sus dimensiones de forma fácil y determinable , lo cual dificultael tomar sus medidas de forma exacta.

4) Explicar quién es más denso entre la piedra y los metales.Por los datos recaudados en la práctica, los metales son más densos que

la piedra. La explicación es la composición de los materiales:La piedra es muy porosa, mientras que la composición de los metales esuniforme y con espacios mínimos entre sus partículas.

5) Con los resultados obtenidos de las densidades, determine en tablas de quématerial se trata.

El metal 1 registró una densidad de 2.6184 g/cm³ en la primera prueba yuna densidad de 2.7275 g/cm3 en la segunda. Dados estos valores se puedesuponer que el metal 1 es Aluminio, el cual tiene una densidad de 2.7g/cm.

El metal 2 tiene una densidad de 7.5743 g/cm³ y una densidad de 5.444g/cm³ en la segunda prueba, lo que causa conflicto es que no concuerdacon densidades de metales conocidos, así que se considera la densidadobtenida en el experimento como una aleación de bronce (7.40 – 8.90g/cm³ según el porcentaje de los metales que intervienen en esta aleación).

6) Defina los siguientes conceptos:

Instrumento: Es una herramienta que permite comparar magnitudes físicas

por medio de la medición y se usa en una actividad concreta.

Instrumentación: Elementos que nos permiten medir, convertir, transmitir,controlar y registrar variables.

Medir: Determinar la magnitud de algo por medio de la comparación con unparámetro ya establecido con anterioridad.



PRACTICA No.1



Error: Diferencia entre el valor real o exacto de una magnitud. / El que

resulta del cálculo hecho por una persona o por una máquina.

Error absoluto: El error absoluto es la diferencia entre el valor real de unamagnitud y el valor que se ha medido.

Error relativo: El error relativo de una medida es el cociente entre el errorabsoluto de la medida y el valor real de ésta.

Error porcentual: es el valor del error relativo multiplicado por 100.

7) Determinar el porcentaje de error que se tuvo al hacer las mediciones de ladensidad.

El valor promedio de los márgenes de error de todos los datos obtenidos ylos valores reales al hacer la práctica es un porcentaje de 94.366% de erroren el acierto.

8) Explicar por lo menos como son utilizados 3 densímetros.Los densímetros se basan en el principio de Arquímedes.

Consiste en un tubo con pesas en el fondo sellado en ambos extremos. Alintroducirlo en un líquido, se va a sumergir según la densidad del líquidoya que a través de una escala graduada marcada a lo largo del tubo, se leesu densidad.



PRACTICA No.1



CONCLUSIONES:

Nos dimos cuenta en lo particular que la se dificultó de una forma primordial la toma demagnitudes, tales como masa, volumen, densidad, etc. Los errores se pueden notar confacilidad ya que el ojo humano ve las cosas de distinta forma y varia de humano ahumano, por tal causa los datos no son 100% precisos y eso nos dificulta a la hora enque necesitamos que los datos recabados sean exactos para un margen de error nulo.

La práctica nos sirvió mucho para darnos cuenta de los errores que tenemos confrecuencia en la práctica, ya que se nos hace fácil tomar los datos de una forma tan

común que por eso es que existe el error.



PRACTICA No.1



BIBLIOGRAFÍA.

1. http://mx.kalipedia.com/fisica-quimica/tema/dinamica/densidad-peso-especifico.html?x=20070924klpcnafyq_219.Kes&ap=3

2. http://fluidos.eia.edu.co/fluidos/propiedades/densidadrelativapf.html

3. http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/estatica/arquimedes/arq

uimedes.htm

Anexo un link de youtube:

4. http://www.youtube.com/watch?v=n3A5MK6lDpg

5. Manrique “Termodinámica”, tercera edicin, editorial Alfaomega.

6. Pérez Cárdenas Salvador “Fundamentos de Termodinámica”,

primera edición, editorial Limusa Noriega.

http://mx.kalipedia.com/fisica-quimica/tema/dinamica/densidad-peso-especifico.html?x=20070924klpcnafyq_219.Kes&ap=3



http://fluidos.eia.edu.co/fluidos/propiedades/densidadrelativapf.html



http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/estatica/arquimedes/arquimedes.htm



http://www.youtube.com/watch?v=n3A5MK6lDpg











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